Schlussbericht
(Deutsch)
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Es ist uns gelungen, zwei neuartige und funktionale Methoden zu erstellen, welche die Entwicklung von Energieeffizienzverbesserungen (EEI) in zwei Schweizer Sektoren darstellen. Dadurch konnten wir eine bessere Darstellung der durch die Energie- und Klimapolitik ausgelösten EEI erreichen. Obwohl wir best-möglich verfügbare Daten verwenden, um die Modelle zu kalibrieren, lag der Fokus dieser Übung nicht darin, präzise quantitative Ergebnisse zu erhalten. Vielmehr wollten wir einen «proof of concept» geben. Durch die Simulation verschiedener Politikszenarien über den Zeitraum 2015-2050 haben wir gezeigt, dass es wichtig ist, die Reaktion auf verschiedene Politiken zu berücksichtigen. So ist es zum Beispiel wichtig, nicht nur monetäre Anreize (wie Subventionen oder Steuern) zu berücksichtigen, sondern auch "weichere" Massnahmen wie z.B. Informationskampagnen. Dies gilt insbesondere für den Gebäudesektor, da viele Eigentümer unter unvollständiger Information leiden. Folglich kann ein bestimmtes Ziel zu geringeren Kosten erreicht werden, wenn eine intelligente Mischung aus harten und weichen Massnahmen eingesetzt wird. Im Einzelnen sind die Modelle und relevantesten Ergebnisse wie folgt: Wohngebäudemodell Das Modell unterteilt den Schweizer Wohngebäudebestand in verschiedene Energieeffizienzklassen. Um die Sanierungsentscheidung der Eigentümer zu simulieren, haben wir ein zweistufiges Modell entwickelt. Im ersten Schritt sind den Eigentümern die Kosten und der Nutzen der Sanierung zunächst nicht bekannt. Ein bestimmter Prozentsatz der Eigentümer wird jedes Jahr dazu veranlasst, ihr Gebäude zu auditieren und das Potenzial für Energieeinsparungen zu berechnen. Im zweiten Schritt entscheiden sich solche Eigentümer für eine Nachrüstung, je nach dem Ergebnis einer Kosten-Nutzen-Analyse. Wir haben ein Referenzszenario und verschiedene Politikszenarien berechnet, die jeweils mehr Sanierung als das Referenzszenario anregen. Besonders erwähnenswert sind die folgenden Ergebnisse unseres Modells: Selbst eine starke Erhöhung der CO2-Abgabe (bis zu 1000 CHF pro Tonne CO2 im Jahr 2050) führt nicht zu einer signifikanten Erhöhung der Sanierungsrate, da in unserem Modell-Setting die Durchführung von Energie-Audits (Schätzung des Energiesparpotenzials) auch bei einer solch hohen Abgabe das wesentliche Nadelöhr bleibt. Wenn der Anteil der Eigentümer, die ihr Gebäude auditieren, erhöht werden kann, steigert dies die Sanierungsrate in unserem Modell signifikant. Diese Ergebnisse hängen stark von der Wahl der Parameter unseres Modells ab. Vor allem für die Kalibrierung der Entscheidung zum Audit existieren jedoch kaum Daten. Wir haben das Modell so kalibriert, dass es die aktuelle Sanierungsrate repliziert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich von Modellen abgeleitete Politikempfehlungen erheblich ändern, wenn verhaltensökonomische Hürden explizit berücksichtigt werden. So ändern sich beispielsweise Empfehlungen für weiche Politiken (z.B. Informationskampagnen) unter unvollständiger Information. Für präzisere Aussagen müsste unser Modell aber verfeinert und mit empirischen Verhaltensdaten zur Kalibrierung bereichert werden. Schliesslich zeigen unsere Simulationen, dass eine tiefgreifende Dekarbonisierung nicht durch eine einzelne Lenkungsmassnahme erreicht werden kann, sondern nur durch eine Kombination mehrerer Massnahmen. Kopplung von GEMINI-E3 mit dem Wohngebäudemodell Da der Zweck dieses Projekts die Endogenisierung von Energieeffizienzverbesserungen in rechenbaren allgemeinen Gleichgewichtsmodellen (CGE) war, haben wir unser CGE-Modell namens GEMINI-E3 mit dem Wohngebäudemodell gekoppelt. Ausgangspunkt ist die Standardversion des CGE-Modells GEMINI-E3, bei der der Wohnungssektor ein Sektor wie jeder andere ist, dessen Energieeffizienz sich über die Jahre exogen verbessert. Durch die Koppelung mit dem Wohngebäudemodell wird dieser Wohnungssektor durch einen Datenaustausch mit diesem sektoralen Modell ersetzt. Was dies bewirkt testen wir zuerst anhand eines Szenarios, bei dem eine einheitliche CO2-Lenkungsabgabe auf alle CO2-Emissionen ausser jene der grossen Quellen, die dem Emissionshandelsystem (EHS) unterstellt sind, erhoben wird. Die Abgabe wird schrittweise erhöht und der Deckel im EHS gesenkt, so dass der Gesamt-CO2-Ausstoss sich bis 2050 auf eine Tonne pro Kopf verringert. Wir stellen fest, dass das gekoppelte Modell eine höhere CO2-Abgabe benötigt, um das Ziel zu erreichen, als die Standardversion. Das kommt daher, dass die CO2-Abgabe im Wohngebäudemodell relativ wenig Effizienzverbesserungen auslöst, wenn die Gebäudeeigentümer nicht gezielt dazu veranlasst werden, ihre Gebäude zu auditieren (siehe oben). Um die Auswirkungen der zusätzlichen Funktionen der gekoppelten Version zu testen, haben wir im Wohngebäudemodell Subventionen und Informationskampagnen hinzugefügt. Dies sind Funktionen, die GEMINI-E3 allein nicht modellieren kann. Wie erwartet, stellen wir fest, dass die CO2-Abgabe, die erforderlich ist, um das 1-Tonne-CO2-Pro-Kopf-Ziel zu erreichen, wesentlich geringer ist als ohne diese zusätzlichen Anreize. Modell der Zementindustrie Wir modellieren Energieeffizienzverbesserungen für jedes der sechs Schweizer Zementwerke. Ausgehend von einer anfänglichen Zuteilung von bereits implementierten Effizienzmassnahmen, werden die Werke durch die Implementierung zusätzlicher Massnahmen und durch den Ersatz von bestehenden technischen Lösungen durch neuere energieeffizienter. Wir modellieren die Umsetzung dieser Massnahmen auf der Grundlage einer Kosten-Nutzen-Analyse in Kombination mit anderen Regeln, die sich auf den Ersatz ineffizienter Anlagen am Ende der Lebensdauer beziehen. Zwischen 2015 und 2050 sinken der Brennstoff- und Stromverbrauch sowie die CO2-Emissionen in den Szenarien ohne CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS) um etwa 30 bis 37%. Die Entwicklung des Preises für CO2-Emissionszertifikate macht in diesen Szenarien keinen grossen Unterschied. In den Szenarien mit CCS sinken die CO2-Emissionen um 92%, während der Kraftstoff- und Stromverbrauch drastisch ansteigen. Dies zeigt die enorme Bedeutung der Verfügbarkeit dieser Technologie für die Zementindustrie und wie wichtig es ist, sie so schnell wie möglich zu implementieren. Sie könnte bereits 2030 eingeführt werden, wenn ein Mindestpreis von 133 CHF pro Tonne CO2, die durch CCS vermieden wird, festgelegt würde.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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We managed to construct two novel and functional methodologies to depict the evolution of energy efficiency improvements (EEI) in two Swiss sectors. This allowed us to obtain a better representation of EEI triggered by energy and climate policies. Although we use available data to calibrate the models, the focus of this exercise was not to obtain precise quantitative results, but rather to construct a proof of concept. Simulating different policy scenarios over 2015-2050, we showed that it is important to consider the responsiveness to various types of policies. It is, for example, important to not only consider monetary incentives (such as subsidies or taxes), but also “softer” measures such as information campaigns. This is especially true in the building sectors, as many owners suffer from incomplete information. Consequently, a given target can be achieved at lower cost when using a smart mix of hard and soft policies. More specifically, the models and most relevant results are as follows: Housing Stock Model The model divides the Swiss stock of residential buildings into different energy efficiency classes. To simulate the retrofit decision of the owners, we developed a two steps model. In the first step, owners are initially unaware of the retrofit’s costs and benefits. A certain percentage of the owners are triggered each year to audit their building and calculate the potential for energy savings. In the second step, triggered owners decide on doing a retrofit, depending on the results of a cost-benefit analysis. We run a reference and various policy scenarios, each inducing more retrofitting than the reference scenario. Especially noteworthy are the following results of our model. Even a steep increase of the CO2 levy (up to 1000 CHF per ton CO2 in 2050) does not significantly increase the retrofit rate, because in our model-setting there remains the bottleneck of conducting energy audits (estimation of the energy saving potential), even for such a high levy. If the proportion of owners who audit their building can be stepped up, this significantly increases the retrofit rate in our model. These results depend strongly on model parameters, yet especially for the calibration of the audit decision, hardly any data exist. We calibrated the model in such a way that it replicates the current retrofit rate. Our results show that policy recommendations derived from models change significantly when behavioural hurdles (here incomplete information) are explicitly considered. For example, recommendations regarding soft policies (e.g. information campaigns) change when the actors' incomplete information is considered. For more reliable statements, our model would need to be refined and enriched with observation-based calibration data.
Finally, our simulations show that decarbonization cannot be achieved by a single policy alone, but only by a combination of policies. Coupling GEMINI-E3 with the Housing Stock Model As the purpose of this project was to endogenize energy efficiency improvement in large computable general equilibrium (CGE) models, we coupled our CGE model called GEMINI-E3 with the Housing Stock Model. The starting point is the standard version of the CGE model GEMINI-E3, where the residential sector is a sector like any other, whose energy efficiency improves exogenously over the years. By coupling it with the Housing Stock Model, this residential sector is replaced by a data exchange with this sectoral model. We first test what this does using a scenario in which a uniform CO2 incentive levy is imposed on all CO2 emissions, except those from large sources that are subject to the Emissions Trading Scheme (ETS). The levy is gradually increased and the cap in the ETS is lowered, so that total CO2 emissions are reduced to one ton per capita by 2050. We find that the coupled model requires a higher levy to reach the target than the standard version. This is because the CO2 levy triggers relatively little energy retrofitting in the Housing Stock Model when building owners are not specifically incentivised to audit their buildings (see above). To test the impact of the additional features of the coupled version, we added subsidies and information campaigns in the Housing Stock Model – features GEMINI-E3 alone is not able to model. As expected, we find that the CO2 levy required to reach the 1-ton CO2 per capita target is substantially lower than in the absence of these additional incentives. Cement Industry Model We model energy efficiency improvements for each of the six Swiss cement plants. Starting from an initial allocation of already implemented efficiency measures, plants become more energy efficient by implementing additional measures and by replacing equipment by newer, more efficient versions. We model the implementation of these measures based on a costs-benefit analysis in combination with other rules related to the replacement of inefficient equipment at the end of the lifetime. Between 2015 and 2050 fuel and electricity consumptions as well as CO2 emissions drop by about 30 to 37% in baseline scenarios dans do not allow for CCS. The evolution of the ETS price does not make much of a difference. In the scenarios with CCS, CO2 emissions decrease by 92%, while fuel and electricity consumption increase strongly. This shows the huge impact of the availability of this technology for the cement industry and the importance of implementing it as soon as possible. It could be adopted as early as 2030 if the federal government set a floor price of CHF 133 per tonne of CO2 avoided through CCS.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Nous avons réussi à créer deux méthodes fonctionnelles et nouvelles qui représentent l'évolution des améliorations de l'efficacité énergétique (EE) dans deux secteurs suisses. Cela nous a permis d'obtenir une meilleure représentation des gains d'EE initiés par les politiques énergétiques et climatiques. Bien que nous utilisions les meilleures données disponibles pour calibrer les modèles, l'objectif de cet exercice n'était pas d'obtenir des résultats quantitatifs précis. Nous voulions plutôt établir une "preuve de concept". En simulant différents scénarios politiques sur la période 2015-2050, nous avons montré qu'il est important de prendre en compte les réponses à ces politiques. Par exemple, il est important d'envisager non seulement des incitations monétaires (telles que des subventions ou des taxes), mais aussi des mesures "plus douces" comme des campagnes d'information. Cela est particulièrement vrai pour le secteur immobilier, car de nombreux propriétaires sont mal informés. Par conséquent, un objectif donné peut être atteint à moindre coût si un mélange intelligent de mesures dures et douces est utilisé. Plus précisément, les modèles et les résultats les plus pertinents sont les suivants :
Modèle des bâtiments résidentiels Le modèle divise le parc suisse de bâtiments à usage d'habitation en différentes classes d'efficacité énergétique. Afin de simuler la décision de rénovation énergétique des propriétaires, nous avons développé un modèle à deux étapes. Dans un premier temps, les propriétaires ne sont pas conscients des coûts et des avantages de la rénovation. Un certain pourcentage de propriétaires sont incités chaque année à faire auditer leur bâtiment et à calculer le potentiel d'économies d'énergie. Dans un deuxième temps, ces propriétaires décident de procéder à une rénovation, en fonction des résultats d'une analyse coûts-avantages. Nous avons calculé un scénario de référence et différents scénarios de mesures, chacun d'entre eux encourageant davantage la rénovation que le scénario de référence. Les résultats suivants de notre modèle sont particulièrement remarquables : même une forte augmentation de la taxe sur le CO2 (jusqu'à 1000 CHF par tonne de CO2 en 2050) n'entraîne pas une augmentation significative du taux de rénovation, car dans notre modèle la mise en œuvre des audits énergétiques (estimations du potentiel d'économie) reste essentiellement le goulet d'étranglement, même avec une taxe très élevée. Il est nécessaire que la proportion de propriétaires qui font auditer leur bâtiment augmente pour accroître le taux de rénovation. Ces résultats dépendent du choix des paramètres de notre modèle et surtout de la calibration de la décision d'audit, pour laquelle il n'existe pratiquement aucune donnée. Nous avons calibré le modèle de telle sorte qu'il réplique le taux de rénovation actuel. Nos résultats montrent que les recommandations politiques dérivées des modèles peuvent changer de manière significative quand des barrières comportementales sont explicitement prises en compte. Ainsi, les recommandations pour des mesures de type information et persuasion changent en présence d'information incomplète des acteurs. Pour des déclarations plus fiables, notre modèle devrait être affiné et surtout enrichi de données comportementales empiriques. Enfin, nos simulations montrent que la décarbonisation profonde ne peut être réalisée par une seule mesure incitative, mais seulement par une combinaison de mesures. Couplage de GEMINI-E3 et du modèle des bâtiments résidentiels Comme le but de ce projet était de rendre endogènes les améliorations de l'efficacité énergétique dans les modèles macroéconomiques d'équilibre général calculable (EGC), nous avons couplé notre modèle EGC appelé GEMINI-E3 avec le modèle des bâtiments. Le point de départ est la version standard de GEMINI-E3, où le secteur résidentiel est un secteur comme un autre, dont l'efficacité énergétique s'améliore de manière exogène au fil des ans. En couplant ce modèle avec le modèle des bâtiment résidentiels, ce secteur résidentiel est remplacé par un échange de données avec le modèle sectoriel. Nous testons d'abord l'effet de ce couplage à l'aide d'un scénario dans lequel une taxe incitative uniforme est imposée sur toutes les émissions de CO2 à l'exception de celles des grandes sources soumises au système d'échange de quotas d'émission (SEQE). La taxe est progressivement augmentée et le plafond du SEQE est abaissé de manière à ce que les émissions totales de CO2 soient ramenées à une tonne par habitant d'ici 2050. Nous constatons que le modèle couplé nécessite une taxe CO2 plus élevée pour atteindre la cible que la version standard. Cela s'explique par le fait que la taxe CO2 déclenche relativement peu d'améliorations de l'efficacité dans le modèle des bâtiments résidentiels tant que les propriétaires de bâtiments ne sont spécifiquement incités à effectuer un audit de leurs bâtiments (voir ci-dessus). Pour tester l'impact des caractéristiques supplémentaires de la version couplée, nous avons ajouté des subventions et des campagnes d'information dans le modèle des bâtiments résidentiels. Ce sont des caractéristiques que GEMINI-E3 ne peut pas modéliser à lui seul. Comme prévu, nous constatons que la taxe sur le CO2 nécessaire pour atteindre l'objectif d'une tonne de CO2 par habitant est bien inférieure au niveau requis en l'absence de ces incitations supplémentaires.
Modèle de l'industrie du ciment Nous modélisons les améliorations de l'efficacité énergétique pour chacune des six cimenteries suisses. À partir d'une allocation initiale de mesures d'efficacité déjà mises en œuvre, les usines deviennent plus efficaces sur le plan énergétique en mettant en œuvre des mesures supplémentaires et en remplaçant les équipements existants par des versions devenues plus efficaces. Nous modélisons la mise en œuvre de ces mesures sur la base d'une analyse coûts-avantages en combinaison avec d'autres règles relatives au remplacement en fin de vie des installations inefficaces. Entre 2015 et 2050, les consommations de combustibles et d'électricité et les émissions de CO2 diminuent d'environ 30 à 37% dans les scénarios de référence sans possibilité de séquestrer le CO2 (CCS). L'évolution du prix des certificats d'émissions de CO2 ne fait pas une grande différence dans ces scénarios. Dans les scénarios avec CCS, les émissions de CO2 diminuent de 92%, tandis que les consommations de combustibles et d'électricité augmentent de façon spectaculaire. Cela démontre l'énorme impact de la disponibilité de cette technologie pour l'industrie du ciment ainsi que l'importance de la mettre en œuvre le plus tôt possible. Elle pourrait être adoptée dès 2030 si un prix plancher de 133 CHF par tonne de CO2 évitée grâce à la CCS était fixé.
Zugehörige Dokumente
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