Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Der Energiebedarf und die CO2-Emissionen aus dem Gebäudebereich können mit zeitgemässen erneuerbaren und energieeffizienten Gebäudetechnologien, sowohl auf der Gebäude- wie auch auf der Arealebene, drastisch reduziert werden. Im Neubaubereich sind diese Technologien bereits weit verbreitet, während bei Renovierungen eher konventionelle Technologien eingesetzt werden. Mit dem Fokus auf Grossinvestoren, dieses Projekt untersucht deren Motivation und Hinderungsgründe, sowie welche regulatorischen Rahmenbedingung deren Investitionen in erneuerbare und energieeffiziente Renovierungen unterstützen würden, sowohl auf der Gebäudeebene, wie auch auf der Arealebene. Zur ökonomischen Beurteilung der renovierungsmassnahmen werden statische und dynamische Modellierungstechniken eingesetzt.
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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Energy demand and CO2 emissions from buildings can be drastically reduced with state-of-the-art renewable and energy-efficient technologies on the building and district scales. For new buildings, these technologies have been implemented widely, however for retrofits they are far from standard. Focusing on large-scale investors (LSIs), this project analyses their motivation and barriers, and which regulatory conditions support their investment in renewable and energy-efficient retrofitting technologies. The motivation and barriers of LSIs are analyzed through an in-depth interview campaign with several of the largest private, commercial and public real-estate investors in Switzerland. A specific focus has been placed on how top-down sustainability strategies are embedded in the organizational processes and where regulatory leverage points could be. Preliminary results indicate that although high-level decarbonization strategies exist, their incorporation and implementation in business processes varies considerably. Further, the uniqueness of each building and construction project but also that of the building portfolio make top-down strategies challenging to apply. Nevertheless, the willingness of LSIs to develop decarbonization pathway and the range of available regulatory measures are promising. In the next steps, we apply static and dynamic modelling and evaluation techniques to develop optimization methodologies for decarbonization planning. This interim report 1-year into the project presents a progress update and looks forward to developing main results and conclusions as the first work package is coming to conclusion and the second and third work package are starting off.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Der Energiebedarf und die CO2-Emissionen aus dem Gebäudebereich können mit zeitgemässen erneuerbaren und energie-effizienten Gebäudetechnologien, sowohl auf der Gebäude- wie auch auf der Arealebene, drastisch reduziert werden. Im Neubaubereich sind diese Technologien bereits weit verbreitet, während bei Renovierungen eher konventionelle Technologien eingesetzt werden. Mit dem Fokus auf Grossinvestoren, untersucht dieses Projekt deren Motivation und Hinderungsgründe, sowie welche regulatorische Rahmenbedingung deren Investitionen in erneuerbare und energie-effiziente Renovierungen unterstützen würden. Das Projekt wendete einen Mixed-Methoden Ansatz an, in welchem qualitative Methoden wie Interviews und Workshops mit quantitativen Energie System Modellierungsansätzen kombiniert werden. Mittels einer Interviewkampagne wurden Entscheidungsverhalten, Motivation und Hinderungsgründe von Grossinvestoren für energetische Sanierungen untersucht, um das Zusammenspiel zwischen dem Sanierungsverhalten und Politikmassnahmen zu evaluieren. Weiter wurde in einem Politik-Szenarien-Workshop die Rolle und Entwicklung von Regulationen, finanziellen Anreizen und Normen im Entscheidungsprozess von Grossinvestoren analysiert. Dabei wurden drei unterschiedliche Zukunft Szenarien, zusammengesetzt aus einer Vielzahl von direkten und indirekten Politikinstrumenten, entwickelt und quantifiziert. Aufbauend auf diesen qualitativen Ergebnissen bezüglich des Entscheidungsverhaltung von Grossinvestoren wurde ein multi-stage Optimierungsframework (MANGO: Multi-stAge eNerGy Optimization) entwickelt. Mango erlaubt die Optimierung von Emissionen und Kosten von multi-energie Systemen über einen langen Zeithorizont (e.g. 30 Jahre) und dient als Basis um den Einfluss von techno-ökonomischen und regulatorischen Rahmenbedingungen auf Sanierungen auf der Gebäude- und Arealebene zu untersuchen. MANGO wurde erweitert damit sanierungs-spezifische Aspekte adressiert werden können (MANGOret). Nachdem wir detaillierte Portfoliodaten eines Grossinvestors akquirieren konnten, wurde MANGOret nun zu einer skalierbaren Real-Options Methode weiterentwickelt. Weiter wurde die Methode auf eine reale Fallstudie angewandt, um Sanierungsaspekte auf der Areal Ebene zu untersuchen. Das vorliegende Projekt liefert folgende Hauptresultate: Erstens, in den Interviews, wurde ein geringer Einfluss von direkten Energiepolitikinstrumenten gefunden, während die Wichtigkeit von «indirekten» nichtenergie bezogenen Regulationen im Bereich Mietrecht, Städteplanung und des sozialen Wohnungsbaus herausgestrichen wurde. Die Untersuchungen zeigten, dass direkte und indirekte Politikinstruments an verschiedenen Punkten im Entscheidungsprozess gegenläufige Wirkung haben können und daher nur in einem gut integrierten Policymix effektiv die Diffusion von energetischen Sanierungen beschleunigen können. Zweitens, die Anwendung der quantitativen Modelle bestätigte, dass emissions-minimierende Lösungen immer noch teuer sind, mehrheitlich getrieben durch die hohen Investitionskosten der Sanierung der Gebäudehülle. Auf der Portfolio-Ebene zeigen unsere Resultate, dass das Reduzieren der Lebenszyklusemissionen bis 2050 von dem Kostenminimum zum Emissionsminimum CO2-Emissionen um 47% reduziert aber Kosten um 45% erhöht. Trotzdem können mit minimalen Zusatzkosten (<1%) schon eine starke Reduktion (e.g. >11%) der Emission im Vergleich zu den kosten-optimalen Lösungen erreicht werden auf der Gebäude- und Portfolio-Ebene. Drittens, zeigen die Simulationen der Politik-Szenarien die Wichtigkeit einer Transformation hinzu Netto-null orientierten Politikmassnahmen im Vergleich zu einem Businessasusual Szenario (i.e. Weiterführung der bisherigen regulatorischen Massnahmen) für die Dekarbonisierung des Gebäudebestands. Darüber hinaus zeigt sich auch die Dringlichkeit der Massnahmen. Das ambitioniertere Netto-Null 2040 Szenario – mit früheren aber auch strikteren Regulationen – führte zu deutlich stärkeren Emissionsreduktionen als ein moderateres – an die EnergieStrategie 2050 angelehntes – Netto-Null 2050 Politik-Szenario. Viertens, für Grossinvestoren erwies sich die Art der Implementierung der Politikmassnamen als mindestens ebenso wichtig wie der Instrumentenmix selbst. Eine «Flotten» (i.e. Regulationen auf der Portfolioebene) Implementation der Politik-Szenarien zeigte sich als eine attraktivere Lösungen um Gebäudeportfolios kosteneffizient zu dekarbonisieren als die heute gültigen Regulationen auf der Gebäudeebene. Falls kombiniert mit einem maximalen Emissionsgrenzwert, präsentiert ein solche Portfolio-Umsetzung von Politikmassnamen eine wertvolle Alternative zur effektiven Dekarbonisierung von Immobilienportfolios von Grossinvestoren. Schliesslich, zeigen die Anwendung auf der Areal-Ebene das Zusammenspiel von Sanierungen auf der Gebäude-Ebene mit dem Design des Energiesystems auf der Areal Ebene, aber auch dessen Abhängigkeit von Infrastrukturentscheidungen wie Erweiterung von Fernwärmenetzen oder Dekarbonisierung derjenigen.
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Schlussbericht
(Englisch)
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Energy demand and CO2 emissions from buildings can be drastically reduced with state-of-the-art renewable and energy-efficient technologies on the building and district scales. For new buildings, these technologies have been implemented widely, however for retrofits they are far from standard. Focusing on large-scale investors (LSIs), this project analyses their motivation and barriers, and which regulatory conditions support their investment in renewable and energy-efficient retrofitting technologies. We applied a mixed-method approach combining qualitative methods such as expert interviews and policy scenario development with quantitative energy system modelling approaches. To evaluate the interplay between LSIs’ retrofit decision making and policies we interviewed 32 key stakeholders about LSIs’ decision-making processes, motivations, and barriers in executing buildinglevel retrofits in order to better understand their interplay with the overarching retrofitting policy mix. Further, we conducted a policy scenario workshop to explore the role of regulations, polices, and norms for their influence on the LSI decarbonization strategies and developed and validated three distinct scenarios using a policy toolkit including regulatory, market-based, as well as financial incentives and fiscal instruments. Building on the qualitative findings relating to real estate decision-making, we have developed a multistage optimization framework called MANGO (Multi-stAge eNerGy Optimization), focusing on the design and operation of minimum cost and emissions multi-energy systems over long-term horizons (e.g. 30 years). MANGO acts as the foundational basis to further study the impacts of techno-economic and policy considerations on retrofits at both building and district scales. We extended MANGO to have specific considerations for retrofits (MANGOret). After securing a key data exchange of several real estate portfolios with an LSI industry partner, MANGOret has been adapted to become a scalable real options method to consider uncertainties for any Swiss real estate portfolio. In addition, the method was applied to an urban district system to study retrofit considerations for district scale energy systems. The project led to the following key results: First, out of the interviews, we observe the limited impact of direct energy policy instruments on retrofitting decisions, highlighting the importance of non energy – indirect – policy instruments affecting LSIs retrofit investment decisions primarily relating to affordability, tenant security, and urban planning. Our findings suggest that direct and indirect instruments potentially interfere at various leverage points in LSIs’ value-driven retrofitting decisions, necessitating an integrated policy mix to encourage broader market penetration of deep retrofits. Second, the application of the quantitative methods, confirmed that minimal emission solutions are still costly largely driven by high costs for building envelop retrofits. On a portfolio level our results demonstrate that decreasing lifecycle CO2 to 2050 from the minimum-cost to the minimum-emissions portfolio strategy fosters a 47% CO2 reduction but comes with a 45% increase in total cost. However, considerable emission reductions (e.g. >11%) are possible for negligible additional costs (<1%) compared to a cost minimizing retrofitting strategy on a building and portfolio level. Third, the simulation of the policy scenarios demonstrated the necessity of a shift towards net-zero oriented policies compared to a business-as-usual scenario (i.e. extrapolation of the existing regulatory mix), for real-estate decarbonization. Furthermore, the timing of the polices is critical, the more ambitious scenario with a Net-Zero 2040 goal – with earlier and more stringent regulations – shows much larger reductions than a more moderate Net-Zero 2050 scenario – oriented on the national Energy Strategy 2050. Forth, for large-scale investors, the implementation of the policy mix is as critical as the regulatory mix itself. A “fleet” level (i.e. regulations on a portfolio level) implementation of the policy scenarios presents more attractive solutions for achieving low-CO2 costeffectively that the current building level regulations, but also allows for higher emitting cost-minimizing solution. If combined with an upper emission threshold however, this presents a valuable new regulatory approach for effectively decarbonizing large real estate portfolios. Lastly, the application to the urban district demonstrates the interrelation of individual building retrofits and the urban energy system design, but also its dependance on infrastructure decisions such as district-heating extensions or decarbonization through carbon capture and storage.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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La consommation énergétique et les émissions de CO2 du secteur du bâtiment peuvent être considérablement réduites en utilisant de nouvelles technologies renouvelables et plus efficaces, au niveau du bâtiment ou du quartier. Pour les bâtiments neufs, ces technologies sont déjà implémentées à grande échelle. En revanche, elles sont encore rarement utilisées dans la rénovation des bâtiments existants. Ce projet se concentre sur les grands investisseurs immobiliers (GIIs) : nous analysons leurs motivations et les régulations qui favoriseraient des investissements de leur part dans les énergies renouvelables ou les rénovations pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments existants. Nous avons utilisé une combinaison de méthodes qualitatives, comme des entretiens avec des experts et le développement de scénarios politiques, et de méthodes quantitatives, comme la modélisation du système énergétique. Pour évaluer les interactions entre les décisions de rénovations des GIIs et les scénarios politiques, et pour mieux comprendre leurs prises de décisions, nous avons fait passer 32 entretiens à différents acteurs du domaine. Dans chaque entretien nous leurs avons demandés leurs motivations et les barrières rencontrées lors de l’exécution d’une rénovation, pour comprendre comment ils interagissent avec l’ensemble des politiques. Nous avons animé un atelier sur le sujet des scénarios politiques pour étudier l’influence de la régulation, les politiques et les normes sur la stratégie de décarbonisation des GIIs. De plus, nous avons développé et validé trois scénarios distincts en utilisant une boite à outils politique comprenant des mesures réglementaires, fondées sur le marché, et fiscales. En s’appuyant sur ces résultats qualitatifs, nous avons développé un environnement d’optimisation, MANGO (Multi-stAge eNerGy Optimization). MANGO peut concevoir la composition et l’opération d’un système énergétique optimisé en termes de coût et d’émissions de CO2, sur une période de 30+ années. MANGO est un outil puissant pour l’étude d’impacts techno-économiques et politiques sur la rénovation de bâtiments et de quartiers. Nous avons développé une nouvelle version pour ces questions en particulier : MANGOret. Après avoir obtenu des données importantes sur quelques portefeuilles immobiliers d’un partenaire GII, nous avons adapté MANGOret pour l’application sur n’importe quel portefeuille immobilier Suisse. Cette méthode prend en considération les doutes et paramètres particuliers d’un tel portefeuille et produit plusieurs options de rénovation réalisables. De plus, nous avons adapté MANGOret pour étudier la rénovation du système énergétique d’un quartier urbain. Ce projet a produit les principaux résultats suivants. Premièrement, nous avons observé durant les entretiens que les politiques énergétiques sur la prise de décisions de la rénovation ont un impact limité, ce qui souligne l’importance des politiques non-énergétiques (indirectes) mais pertinentes pour les GIIs telles que l’accessibilité, la sécurité des locataires, et l’aménagement urbain. Nos résultats suggèrent que les politiques directes et indirectes sont potentiellement en conflit sur quelques éléments décisifs sur la prise de décision des GIIs, et qu’il faut un ensemble de politiques mieux intégré pour soutenir une meilleure pénétration du marché de profondes rénovations énergétiques. Deuxièmement, nous avons confirmé par l’application des méthodes quantitatives que les solutions optimales en termes de coût sont fortement influencées par le prix haut d’une « rénovation de l’enveloppe » d’un bâtiment. Au niveau du portefeuille, nos résultats montrent que la stratégie cout-minimum donne une augmentation des émissions de CO2 en cycle de vie d’ici 2050 de 47% comparé à la stratégie émissions-minimum mais avec une réduction de coût de 45%. Des réductions d’émissions importantes (e.g. >11%) sont quandmême possible à coût négligeable (<1%), comparé à la stratégie cout-minimum pour le portefeuille ou pour le bâtiment. Troisièmement, la simulation de scénarios politiques nous a montré la nécessité de se déplacer vers des politiques net-zero, comparé au statu quo (i.e. continuation de l’ensemble des politiques existantes), pour atteindre la décarbonisation de l’immobilier. En outre, le programme de ces nouvelles politiques est crucial. Le scénario le plus ambitieux, où net-zero est atteint en 2040 (avec des régulations plus tôt et fortes) donne une réduction des émissions totales beaucoup plus grande que le scénario où net-zero est atteint en 2050. Quatrièmement, pour les GIIs, l’implémentation de l’ensemble des politiques est aussi importante que les politiques elles même. Il est beaucoup plus facile pour les GIIs de réduire les émissions à un coût faible si les politiques sont ciblées au niveau du portefeuille et non au niveau d’un bâtiment, mais cela engendre une solution coût-minimum avec de plus grandes émissions de CO2. En revanche, si l’ensemble des politiques au niveau du portefeuille sont combinées avec un plafond d’émissions, cela représente une stratégie politique de très grande valeur pour la décarbonisation des grands portefeuilles immobiliers. Finalement, l’application de nos analyses à un quartier urbain montre que la rénovation des bâtiments individuels est liée à la configuration du système énergétique local, et dépend, par exemple, de la présence d’un système de chauffage urbain ou la décision de poursuivre la capture et le stockage de carbone.
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