Short description
(German)
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Vor dem Hintergrund der Transformation des Energiesystems hin zu hohen Anteilen erneuerbarer Energien beschäftigt sich das Projekt Sustainable and Resilient Energy for Switzerland (SURE) mit der ganzheitlichen Beurteilung der Nachhaltigkeit und Widerstandsfähigkeit (Resilienz) unter Berücksichtigung der verschiedenen Umweltdimensionen, des Einsatzes natürlicher Ressourcen, der Gesundheitsaspekte, der Wirtschaft, der Versorgungssicherheit und des sozialen Umfeldes. Aufbauend auf der bisherigen Forschung in diesem Bereich wird im Projekt wird ein neuer quantitativer, datenbasierter Modellrahmen entwickelt und angewandt. Der modellbasierte Ansatz kombiniert eine gesamtheitliche Systembetrachtung, eine umfassende Datenbank mit Nachhaltigkeits- und Resilienzindikatoren, die Energieinfrastruktur und deren systemische Zusammenhänge und bezieht explizit soziale und politische Aspekte mit ein. Entwicklungen auf nationaler Ebene, sowie ausgewählte regionale Fallstudien, analysieren die Resilienz mit einer langfristigen Perspektive (inklusive 2035 und 2050 als Fokusjahre) mit Hilfe einer Szenarioanalyse, welche Transformationspfade sowie zukünftige Störereignisse (Schockszenarien mit Beeinträchtigungen entlang verschiedener Einflussgrössen), die dazugehörigen Unsicherheiten und die Auswirkungen auf das Energiesystem und die Gesellschaft als Ganzes berücksichtigen. Die Resultate fliessen in ein Werkzeug zu Unterstützung von Entscheidungsträgern unter Einbezug unterschiedlichster Interessengruppen ein, um Politikstrategien und Massnahmen zur Gestaltung des zukünftigen Schweizer Energiesystems zu entwickeln, welches robuster gegen Störereignisse ist und im Falle einer Unterbrechung sich schnell wieder erholen kann. Die Projektergebnisse beinhalten unter anderem eine webbasierte Plattform, gestützt auf die umfassende Analyse, welche einem breiten Publikum die Zusammenhänge der verschiedenen Nachhaltigkeitsdimensionen und der Resilienz für die Zukunft aufzeigen sowie Zielkonflikte in Bezug auf eine nachhaltige und belastbare Transformation des Energiesektors. Schlussendlich liefert das Projekt Empfehlungen und Leitlinien für Entscheidungsträger, Technologieentwickler und Unternehmen zur Entwicklung ihrer Strategien für eine nachhaltigere und belastbare Energiezukunft.
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Short description
(English)
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In view of a system transformation to a much higher renewable energy share, the proposed project addresses the need for an integrated assessment of sustainability and resilience, treating the multiple dimensions of environment, use of natural resources, public health, economics, security of supply, and social wellbeing. Extending existing research in this field, a novel quantitative model- and databased framework will be developed and applied based on combining holistic systemic approaches, comprehensive indicator databases, energy infrastructure and system modelling, and representing social and policy aspects. Focusing on Swiss national developments as well as selected regional case studies, resilience will be analysed with a longterm perspective (including 2035 and 2050 as focus years) with a scenario approach that simulates transition pathways as well as future disruptive events (using shock scenarios with disruptions at different temporal scales), related uncertainties and the implications for the energy system and society. The results feed into a stakeholderinformed multiobjective decision analysis to develop strategies and measures to design the energy system more robust against disruptions and to allow for rapid recovery in case a disruption takes place. The project’s output will be manifold including a webbased platform backed by the comprehensive analytical framework that helps a broad audience to understand interdependencies of the various dimensions of sustainability and resilience in a prospective way as well as it aims to illustrate the tradeoffs between competing objectives related to a sustainable and resilient energy sector transformation. Ultimately the project will provide recommendations and guidelines to policy makers, technology developers and businesses on the design of their respective strategies towards a more sustainable and resilient energy future.
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Short description
(French)
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Dans le contexte de la transformation du système énergétique vers une part beaucoup plus élevée d’énergies renouvelables, le projet Sustainable and Resilient Energy for Switzerland (SURE) répond à la nécessité d’une évaluation intégrée de la durabilité et de la résilience, en tenant compte des différentes dimensions environnementales, de l’utilisation des ressources naturelles, de la santé publique, de l’économie, de la sécurité d’approvisionnement et du bien-être social. Dans le prolongement des recherches menées jusqu’ici dans ce domaine, le projet élaborera et appliquera un nouveau cadre de modélisation quantitatif basé sur des données. L’approche basée sur des modèles combine une vision globale du système, une banque de données complète avec des indicateurs de durabilité et de résilience, l’infrastructure énergétique et ses interactions systématiques, et intègre explicitement des aspects sociaux et politiques. En se concentrant sur les évolutions au niveau national et sur une sélection d’études de cas, la résilience sera analysée dans une perspective à long terme (y compris 2035 et 2050 comme années focus ) à l’aide d’une analyse de scénario qui simule des chemins de transformation et des événements perturbateurs futurs (scénarios de choc avec des perturbations selon différents facteurs déterminants), les incertitudes correspondantes, ainsi que les effets sur le système énergétique et la société dans son ensemble. Les résultats alimentent une analyse de décision multi-objectifs, informée par les parties prenantes, afin de développer des stratégies politiques et des mesures pour façonner un futur système énergétique suisse plus robuste face aux perturbations et capable de se rétablir rapidement en cas d’interruption. Les résultats du projet comprennent, entre autres, une plateforme web, portée par une analyse complète, qui présente au grand public les interdépendances entre les différentes dimensions de la durabilité et de la résilience de manière prospective, ainsi que les conflits d’objectifs liés à une transformation durable et résiliente du secteur énergétique.
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(Italian)
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In vista della transizione a un sistema energetico caratterizzato da una quota molto più rilevante di energie rinnovabili, il progetto Sustainable and Resilient Energy for Switzerland (SURE, Energia sostenibile e resiliente per la Svizzera) affronta la necessità di una valutazione integrata della sostenibilità e della resilienza del sistema energetico, analizzando le molteplici dimensioni dell'ambiente, dell'uso delle risorse naturali, della salute pubblica, dell'economia, della sicurezza dell'approvvigionamento e del benessere sociale. Ampliando la ricerca esistente in questo campo, SURE svilupperà e applicherà un nuovo quadro quantitativo basato sull’uso di dati e modelli: con un approccio sistemico ed olistico, esso combinerà database omnicomprensivi di indicatori e modelli del sistema e delle infrastrutture energetiche, rappresentando inoltre esplicitamente gli aspetti sociali e politici. Concentrandosi sull’evoluzione a livello nazionale per la Svizzera e su alcuni casi di studio specifici a livello regionale, SURE analizzerà la resilienza in una prospettiva di lungo termine (considerando il 2035 e il 2050 come anni di riferimento), mediante un approccio basato su scenari che simulino percorsi di transizione e possibili futuri eventi dirompenti (usando scenari di shock che producono perturbazioni su diverse scale), tenendo conto delle relative incertezze e delle implicazioni per il sistema energetico e la società in generale. I risultati alimenteranno un'analisi decisionale a molti obiettivi basata sul coinvolgimento degli stakeholder, volta a sviluppare strategie e misure politiche per progettare un sistema energetico che sia più robusto rispetto a possibili eventi dirompenti e in grado di riprendersi più in fretta nel caso in cui questi avvengano. I risultati del progetto saranno molteplici. Essi includeranno una piattaforma web supportata da un quadro analitico completo, che aiuti un vasto pubblico a comprendere le interdipendenze tra le varie dimensioni della sostenibilità e della resilienza in modo prospettico, nonché le necessità di compromesso tra obiettivi conflittuali relativi alla trasformazione sostenibile e resiliente del settore energetico. In ultima analisi, il progetto fornirà raccomandazioni e linee guida a responsabili politici, sviluppatori di tecnologie e imprese per la progettazione delle loro rispettive strategie verso un futuro energetico più sostenibile e resiliente.
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Publications / Results
(German)
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Die wichtigsten fünf Highlights (Ergebnisse, Herausforderungen, Lehren usw.) während des Berichtszeitraums waren die folgenden:
• SWEET-SURE zielt darauf ab, nachhaltige und widerstandsfähige Pfade für die Energiewende in der Schweiz bis 2050 zu analysieren und zu identifizieren. Im Einklang mit dem Ziel, politisch relevante Ergebnisse zu erzielen, ist das Engagement des SURE-Stakeholder-Forums ein wesentliches Mittel dazu, da es den Austausch mit anderen Experten auf diesem Gebiet fördert. Im Jahr 2022 veranstaltete SURE zwei Stakeholder-Workshops: 1) zu zukünftigen Pfaden und Schockszenarien, welche die Definition der im Projekt analysierten Szenarien unterstützen; 2) zur Identifizierung von Nachhaltigkeits- und Resilienzindikatoren, mit dem Ziel, eine solide Grundlage für die Bewertung der Pfade der Energiewende unter verschiedenen Schockszenarien zu schaffen. Die Ergebnisse des Workshops wurden in entsprechenden SURE-Projektberichten (D2.1 und D17.2.) veröffentlicht und flossen auch in die Definition von Szenarien im Rahmen der gemeinsamen Forschungsinitiative SWEET-CROSS ein.
• Im zweiten Jahr des SURE-Projekts wurde der analytische Rahmen mit der Entwicklung von Pfad- und Schockszenarien für die erste Modellierungsrunde des Projekts weiterentwickelt. Dies war eine bereichsübergreifende und interdisziplinäre Aufgabe, an der fast alle Forschungspartner beteiligt waren. Das Ergebnis war die Veröffentlichung von Deliverable 2.1 als Leitfaden und Protokoll für die modellbasierten quantitativen Analysen von SURE.
• Um die Auswirkungen der definierten Schocks auf verschiedenen Entscheidungsebenen besser zu verstehen, werden in SURE kantonale, städtische und sektorielle Fallstudien durchgeführt. In der kantonalen Fallstudie des Tessins wurden zum Beispiel extreme Wetterereignisse und gesellschaftliche Veränderungen aufgrund von Zuwanderung als potenzielle Schocks identifiziert, die den Übergangsprozess zu einem nachhaltigen und widerstandsfähigen Energiesystem beeinflussen könnten. In der Fallstudie von Zürich wurde die Notwendigkeit der Stärkung der Widerstandsfähigkeit der Stadt gegen Hitzewellen und Kälteeinbrüche betont. In der Fallstudie der Industrie wurden finanzielle Schocks, Hitzewellen und Kälteeinbrüche als wichtige potenzielle Störfaktoren identifiziert. In der Fallstudie der SBB wurden die Folgen der der im Projekt entwickelten Schocks bewertet.
• Für die Lebenszyklusanalysen (LCA) wurden ein innovativer Ansatz für Globale Sensitivitätsanalysen (GSA) entwickelt und angewandt, um die Unsicherheiten im Zusammenhang mit den Eingangsparametern und Ergebnissen der LCA besser zu verstehen. Die methodischen Weiterentwicklungen und Ergebnisse waren Gegenstand der Dissertation von A. Kim, die im zweiten Jahr von SWEET-SURE erfolgreich abgeschlossen wurde.
• Die technologisch detaillierte Modellierung des Industriesektors im Kontext des Schweizer Energiesystems wurde von M. Obrist durchgeführt, der seine Doktorarbeit ebenfalls im zweiten Jahr von SURE abschloss. Seine Modellentwicklungen stellen einen bedeutenden methodischen Fortschritt bei der Abbildung von Industrietechnologien im TIMES-Modellierungsrahmen dar und ermöglichen eine vertiefte Analyse von Dekarbonisierungsmassnahmen und Energieeffizienzverbesserungen für verschiedene Industriesektoren.
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Publications / Results
(English)
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The main five highlights (results, challenges, learnings, etc.) during the reporting period were the following:
• The SURE project analyses and identifies sustainable and resilient energy system transformation pathways for Switzerland until 2050. In-line with the aim to produce policy relevant output, the engagement of the SURE stakeholder forum facilitates the exchanges with experts in this research area. In 2022, SURE held two stakeholder workshops: 1) on future pathway and shock scenarios, which provided outcomes and learnings that supported the definition of scenarios analysed in the project; 2) on the identification of sustainability and resilience indicators, with the aim to set a solid basis for the evaluation of energy system transformation pathways under different shock scenarios. The findings of the workshop were published in a corresponding SURE deliverable (D2.1 and D17.2) and they also informed the scenarios definition activity in the joint research initiative SWEET-CROSS.
• In the second year of the SURE project, the analytical framework was further advanced, with the development of pathway and shock scenarios for the first modelling round of the project. This was a cross-cutting and interdisciplinary task involving almost all research partners, resulting in the publication of Deliverable 2.1 as a guideline and protocol for the model-based quantitative analyses in SURE.
• To better understand the impact of these shocks on different levels of governance and management, cantonal, urban, and sectorial case studies are conducted in SURE. In the cantonal case study of Ticino, for example, extreme weather events and societal changes due to immigration were identified as potential shocks that could disrupt the transition process to a sustainable and resilient energy system. In the case study of Zurich, stakeholders highlighted the need to strengthen the city's resilience against heat waves and cold spells. In the industry case study, financial shocks, heat waves, and cold spells were identified as major potential disruptors. In the SBB case study, stakeholders identified consequences from most SURE shocks, and resilience was assessed.
• Advanced Global Sensitivity Analysis (GSA) has been demonstrated for Life Cycle Assessment (LCA) in order to better understand uncertainties related to input parameters and outputs of LCA. The methodological advancements and results were subject to the dissertation of A. Kim, who successfully finished her Ph.D. thesis during the second year of SWEET-SURE.
• Technology detailed modelling of the industry sector in the context of the Swiss energy system was performed by M. Obrist who finished his Ph.D. thesis in the second year of SURE as well. His model developments represent a significant methodological advancement of representing industry technology in a TIMES modelling framework and allow for an in-depth analysis of decarbonisation measures and energy efficiency improvements for several industrial sectors.
Related documents
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Publications / Results
(French)
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Les cinq principaux faits marquants (résultats, défis, apprentissages, etc.) pendant la période de référence ont été les suivants:
• Le projet SURE analyse et identifie les voies de transformation des systèmes énergétiques durables et résilients pour la Suisse jusqu'en 2050. Conformément à l'objectif de produire des résultats pertinents pour la politique, l'engagement du forum des parties prenantes de SURE facilite l'échange avec des experts dans le domaine. En 2022, SURE a organisé deux ateliers pour les parties prenantes : 1) sur les scénarios de trajectoires et de chocs, qui ont fourni des résultats et des apprentissages qui ont soutenu la définition des scénarios analysés dans le projet ; 2) sur l'identification des indicateurs de durabilité et de résilience, dans le but d'établir une base solide pour l'évaluation des voies de transformation du système énergétique dans le cadre de différents scénarios de choc. Les résultats de l'atelier ont été publiés dans les documents SURE correspondant (D2.1 et D17.2) et ont également servi à définir des scénarios dans le cadre de l'initiative de recherche conjointe SWEET-CROSS.
• Au cours de la deuxième année du projet SURE, le cadre analytique a été approfondi, avec le développement de scénarios de trajectoires et de chocs pour le premier cycle de modélisation du projet. Il s'agissait d'une tâche transversale et interdisciplinaire impliquant presque tous les partenaires de recherche, qui a abouti à la publication du livrable 2.1 en tant que ligne directrice et protocole pour les analyses quantitatives basées sur des modèles dans le cadre de SURE.
• Pour mieux comprendre l'impact de ces chocs sur les différents niveaux de gouvernance et de gestion, des études de cas cantonales, urbaines et sectorielles sont menées au sein de SURE. Dans l'étude de cas du canton du Tessin, par exemple, les phénomènes météorologiques extrêmes et les changements sociétaux dus à l'immigration ont été identifiés comme des chocs potentiels susceptibles de perturber le processus de transition vers un système énergétique durable et résilient. Dans l'étude de cas de Zurich, les parties prenantes ont souligné la nécessité de renforcer la résilience de la ville face aux vagues de chaleur et de froid. Dans l'étude de cas de l'industrie, les chocs financiers, les vagues de chaleur et les vagues de froid ont été identifiés comme des perturbateurs potentiels majeurs. Dans l'étude de cas des CFF, les parties prenantes ont identifié les conséquences de la plupart des chocs SURE, et la résilience a été évaluée.
• L'analyse de sensibilité globale avancée (GSA) a été démontrée pour l'analyse du cycle de vie (ACV) afin de mieux comprendre les incertitudes liées aux paramètres d'entrée et aux résultats de l'ACV. Les avancées méthodologiques et les résultats ont fait l'objet de la thèse d'A. Kim, qui a terminé avec succès sa thèse de doctorat au cours de la deuxième année de SWEET-SURE.
• La modélisation technologique détaillée du secteur industriel dans le contexte du système énergétique suisse a été réalisée par M. Obrist, qui a également terminé sa thèse de doctorat au cours de la deuxième année de SURE. Les développements de son modèle représentent une avancée méthodologique significative dans la représentation de la technologie industrielle dans un cadre de modélisation TIMES et permettent une analyse approfondie des mesures de décarbonisation et des améliorations de l'efficacité énergétique pour plusieurs secteurs industriels.
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Publications / Results
(Italian)
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I principali cinque punti salienti (risultati, sfide, lezioni apprese, ecc.) durante il periodo di riferimento sono stati:
• Il progetto SURE analizza e identifica percorsi di trasformazione del sistema energetico sostenibile e resiliente per la Svizzera fino al 2050. In linea con l'obiettivo di produrre risultati rilevanti per la politica, l'impegno del forum degli stakeholder di SURE facilita lo scambio con esperti del settore. Nel 2022, SURE ha organizzato due workshop per le parti interessate: 1) sui scenari di percorso e di shock, che ha fornito risultati e insegnamenti a sostegno della definizione degli scenari analizzati nel progetto; 2) sull'identificazione degli indicatori di sostenibilità e resilienza, con l'obiettivo di creare una solida base per la valutazione dei percorsi di trasformazione del sistema energetico in diversi scenari di shock. I risultati del workshop sono stati pubblicati in un corrispondente SURE rapporti (D2.1 e D17.2.) e hanno anche informato l'attività di definizione degli scenari nell'ambito dell'iniziativa di ricerca congiunta SWEET-CROSS.
• Nel secondo anno del progetto SURE, il quadro analitico è stato ulteriormente perfezionato, con lo sviluppo di scenari di percorso e di shock per il primo ciclo di modellizzazione del progetto. Si è trattato di un lavoro trasversale e interdisciplinare che ha coinvolto quasi tutti i partner di ricerca e che ha portato alla pubblicazione del Deliverable 2.1 come linea guida e protocollo per le analisi quantitative basate su modelli in SURE.
• Per comprendere meglio l'impatto di questi shock sui diversi livelli di governance e gestione, in SURE sono stati condotti studi di caso cantonali, urbani e settoriali. Nel caso di studio cantonale del Ticino, ad esempio, gli eventi meteorologici estremi e i cambiamenti sociali dovuti all'immigrazione sono stati identificati come potenziali shock che potrebbero interrompere il processo di transizione verso un sistema energetico sostenibile e resiliente. Nel caso di studio di Zurigo, gli stakeholder hanno evidenziato la necessità di rafforzare la resilienza della città contro le ondate di calore e di freddo. Nello studio di caso dell'industria, gli shock finanziari, le ondate di calore e i periodi di freddo sono stati identificati come i principali potenziali fattori di disturbo. Nel caso di studio delle FFS, gli stakeholder hanno identificato le conseguenze della maggior parte degli shock SURE ed è stata valutata la resilienza.
• È stata dimostrata l'analisi avanzata della sensibilità globale (GSA) per la valutazione del ciclo di vita (LCA), al fine di comprendere meglio le incertezze relative ai parametri di input e agli output della LCA. I progressi metodologici e i risultati sono stati oggetto della tesi di laurea di A. Kim, che ha concluso con successo il suo dottorato di ricerca durante il secondo anno di SWEET-SURE.
• La modellazione tecnologica dettagliata del settore industriale nel contesto del sistema energetico svizzero è stata eseguita da M. Obrist, che ha concluso la sua tesi di dottorato nel secondo anno di SURE. I suoi sviluppi del modello rappresentano un significativo progresso metodologico nella rappresentazione della tecnologia industriale in un quadro di modellazione TIMES e consentono un'analisi approfondita delle misure di decarbonizzazione e dei miglioramenti dell'efficienza energetica per diversi settori industriali.
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