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 Highlights während des Berichtszeitraums waren die folgenden:
• Die Modellierungsteams, die den Kern der SURE-Toolbox bilden, arbeiteten an der Quantifizierung von zwei SURE-Entwicklungspfaden (SPS1 - Team Sprint und SPS4 - Walk and Talk) und zwei Schockszenarien (gesellschaftliche und wetterbedingte Schocks). Während die Quantifizierung noch im Gange ist, können die wichtigsten Ergebnisse wie folgt zusammengefasst werden: a) die Machbarkeit der Quantifizierung aller SURE-Pfade und Schockszenarien wurde individuell durch jedes Team geprüft; b) die Storylines der finanziellen, nuklearen und gesellschaftlichen Schockszenarien wurden überarbeitet, um sie für die Wirtschaft und das Energiesystem der Schweiz aussagekräftiger zu machen; und c) alle Modellverknüpfungen wurden verfeinert und implementiert. Dieser kollektive Effort fast aller SURE-Partner führte zu einer besseren Abstimmung der Annahmen unter Berücksichtigung der Bedürfnisse der sektoralen Modelle und zu einem besseren Verständnis der zu erwartenden Ergebnisse, was besonders wichtig für die in den SURE Fallstudien benötigten Randbedingungen ist.
• Im Berichtszeitraum wurde die erste spielbare Version des SURE-Spiels entwickelt. Im Spiel müssen die Spielerinnen und Spieler dafür sorgen, dass in der Schweiz genügend Strom für den Winter und den Sommer zur Verfügung steht, indem sie in erneuerbare, fossile und nukleare Stromproduktion investieren und politische Massnahmen umsetzen. Neben der Stromversorgung erhalten die Spieler auch Informationen darüber, wie gut sie in Bezug auf Biodiversität, Landnutzung oder öffentliche Unterstützung abschneiden. Sie werden auch mit Schocks konfrontiert, mit denen sie umgehen müssen. Das Spiel wird für die Datenerhebung, als "anspruchsvolle Informationsbehandlung" in der SURE-Umfrage und für den Wissenstransfer eingesetzt. Die Verbreitung des Spiels in der breiten Öffentlichkeit erhöht die Sichtbarkeit des SURE-Projekts und trägt zur Sensibilisierung der Bevölkerung für die Nachhaltigkeit und Widerstandsfähigkeit des zukünftigen Energiesystems bei.
• Die kantonale Fallstudie hat einen wichtigen Meilenstein erreicht, indem sie komplexe qualitative Hypothesen zum Tessiner Energiesystem in ein robustes Computersimulationsmodell übersetzt hat. Dies geschah in Zusammenarbeit mit den wichtigsten Akteuren, um sicherzustellen, dass das Modell
die in einem partizipativen Prozess gewonnenen Erkenntnisse widerspiegelt. Darüber hinaus stärkte die Modellentwicklung die Verbindung zwischen der Fallstudie und dem SURE-Rahmen, da sie die Grundlage für die Identifizierung spezifischer Inputs und Randbedingungen der SUREModellierungsteams bildete, die in das kantonale Modell integriert werden sollen. Sie stimmte die nationalen und kantonalen Energiewende-Strategien aufeinander ab, erhöhte die Glaubwürdigkeit der Modellergebnisse und ebnete den Weg für wirksamere energiepolitische Interventionen auf regionaler und nationaler Ebene.
• Frau Lidia Stermieri schloss ihre Doktorarbeit im dritten Jahr des Projekts ab. Die Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung eines neuen sozioökonomischen Moduls für das Schweizer Energiesystemmodell (STEM) des PSI, um die Auswirkungen der zunehmenden digitalen Praktiken in der Gesellschaft, der Energieproduktion und der Endnutzung zu bewerten. Das Modul, das von Grund auf neu entwickelt wurde, ist ein agentenbasiertes Modell (ABM), das auf der «Social Practice» Theorie basiert. Es identifiziert Akteure aus den Sektoren Haushalte, Dienstleistungssektor und Industrie des Energiesystems und erfasst deren Heterogenität bei Energieinvestitionsentscheidungen und Energienutzung. Es umfasst auch Darstellungen gesellschaftlicher Netzwerke, sowohl physischer als auch virtueller Natur, die die energiebezogenen Verhaltensweisen dieser Akteure beeinflussen. Durch die Verknüpfung mit STEM berücksichtigen die resultierenden Energiesystemkonfigurationen die Entscheidungen der Verbraucher. Somit erleichtert der integrierte Rahmen SEED-STEM die Integration sozialer Aspekte in die Quantifizierung der SURE-Pfade und Schockszenarien von STEM.
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Publications / Results
(English)
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The main highlights during the reporting period were the following:
• The modelling teams comprising the core of the SURE toolbox worked towards quantifying two SURE pathways (SPS1 – Team Sprint and SPS4 – Walk and Talk) and two shock scenarios (societal and weather shocks). The quantification is still ongoing, and the main achievements were: a) the verification of the feasibility of the quantification of all SURE pathways and shock scenarios, individually by each team; b) the revision of the storylines of the financial, nuclear and societal shock scenarios to make them more impactful to the economy and energy system of Switzerland; and c) the refinement and implementation of all model links and the model sequence to follow. This collective effort of almost all SURE partners resulted in a better alignment of assumptions considering the needs of the sectoral models and an improved understanding of results that can be expected, which is particularly important for the boundary conditions needed in the SURE case studies.
• During the reporting period, the SURE game was developed to its first playable version. In the game, players need to ensure that enough electricity for winter and summer is available in Switzerland by investing in renewable, fossil, and nuclear electricity production plants and implementing political measures. Besides electricity supply, players also receive information about how well they do with respect to biodiversity, land use, or public support. They are also faced with shocks they need to deal with. The game will be used for data collection, as “sophisticated information treatment” in the SURE survey, and for knowledge transfer. Distributing it to the broader public enhances the visibility of the SURE project and contributes to the population’s sensitization to the sustainability and resilience of the future energy system.
• The Cantonal case study has achieved a significant milestone by translating complex qualitative hypotheses regarding the dynamic nature of the Ticino energy system structure into a computational simulation model. This was a collaborative effort with key stakeholders, ensuring the model reflects the insights gained through a participatory process. Moreover, the model development strengthened the connection between the case study and the SURE framework, as it laid the groundwork for identifying specific inputs and boundary conditions from the SURE modelling teams that are to be
integrated into the cantonal model. This alignment will facilitate a harmonisation between national and cantonal energy transition strategies, enhance the credibility of the cantonal model outcomes, and pave the way for more effective energy policy interventions at both regional and national levels.
• Mrs. Lidia Stermieri completed her PhD thesis in the project's third year. The thesis focused on developing a new socioeconomic module for PSI's Swiss Energy System Model (STEM) to assess the impact of increased digital practices in society and energy production and end-use. The module, built from scratch, is an Agent-Based Model (ABM) based on social practice theory. It identifies several agents from the households, tertiary, and industry sectors of the energy system, capturing their heterogeneity in energy investment decisions and energy use. It also includes representations of societal networks, both physical and virtual ones, which influence the energy-related behaviors of these agents. Coupling it with STEM, the resulting energy system configurations account for consumer choices. Thus, the integrated framework SEED-STEM facilitates the integration of social aspects into the quantification of the SURE pathways and shock scenarios from STEM.
Related documents
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Publications / Results
(French)
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Les principaux faits marquants au cours de la période couverte par le rapport sont les suivants :
• Les équipes de modélisation qui constituent le noyau dur du projet SURE ont travaillé à la quantification de deux trajectoires pour la Suisse (SPS1 - Team Sprint et SPS4 - Walk and Talk) et de deux scénarios alternatifs introduisant un choc (i.e., chocs sociétaux et météorologiques). Ce processus de quantification n’est pas terminé. Cependant, les étapes clés suivantes ont déjà été achevées: a) la vérification (individuellement par chaque équipe) de la faisabilité de la quantification de toutes les trajectoires et scénarios de choc; b) la révision des scénarios introduisant un choc financier, nucléaire et sociétal pour les rendre plus impactant sur l'économie et le système énergétique de la Suisse ; et c) l'affinement et la mise en oeuvre de toutes les interfaces entre les modèles impliqués et la séquence de modèles à suivre. Cet effort collectif de presque tous les partenaires de SURE a permis de mieux aligner les hypothèses sur les besoins des modèles sectoriels. Il permet aussi de mieux comprendre les résultats que l'on peut attendre. Ceci est particulièrement important pour définir les conditions limites nécessaires aux études de cas définis dans le projet.
• Au cours de la période considérée, le jeu SURE a été développé jusqu'à sa première version jouable. Dans ce jeu, les joueurs doivent veiller à ce que la Suisse dispose de suffisamment d'électricité pour l'hiver et l'été en investissant dans des centrales de production d'électricité renouvelable, fossile et nucléaire et en mettant en oeuvre des mesures politiques. Outre l'approvisionnement en électricité, les joueurs reçoivent également des informations sur leur performance en matière de biodiversité, d'utilisation des sols ou de soutien public. Ils sont également confrontés à des chocs auxquels ils doivent faire face. Le jeu sera utilisé pour la collecte de données, nécessaire à l'enquête SURE, et pour le transfert de connaissances. Sa diffusion auprès du grand public renforce la visibilité du projet SURE et contribue à sensibiliser la population à la durabilité et résilience du futur système énergétique.
• L'étude de cas cantonale a franchi une étape importante : les hypothèses qualitatives complexes sur la dynamicité de la structure du système énergétique tessinois ont été traduites en un modèle de simulation informatique. Il s'agit d’une collaboration avec les principales parties prenantes, assurant que le modèle reflète les connaissances acquises dans le cadre d'un processus participatif. En outre, le développement du modèle a renforcé le lien entre l'étude de cas et le cadre du projet SURE. Il a en effet aidé à identifier les apports spécifiques et les conditions limites des équipes de modélisation SURE devant être intégrés dans le modèle cantonal. Cet alignement facilitera l'harmonisation entre les stratégies de transition énergétique nationales et cantonales. Cela renforcera la crédibilité des résultats du modèle cantonal et ouvrira la voie à des interventions plus efficaces en matière de politique énergétique aux niveaux régional et national.
• Mlle Lidia Stermieri a terminé sa thèse de doctorat au cours de la troisième année du projet. La thèse s'est concentrée sur le développement d'un nouveau module socio-économique pour le modèle suisse du système énergétique (STEM) du PSI afin d'évaluer l'impact de l'augmentation des pratiques numériques dans la société sur la production et l'utilisation finale de l'énergie. Le module, entièrement conçu par Mlle Stermieri, est un modèle basé sur les agents (Agent-Based Model ou ABM, en anglais) qui repose sur la théorie de la pratique sociale. Il identifie plusieurs agents issus des ménages, du secteur tertiaire et de l'industrie du système énergétique, en tenant compte de leur hétérogénéité en matière de décisions d'investissement et d'utilisation de l'énergie. Il comprend également une représentations des réseaux sociaux, tant physiques que virtuels, qui influence les comportements de ces agents en matière d'énergie. En l'associant à STEM, les configurations du système énergétique qui en résultent tiennent compte des choix des consommateurs. Ainsi, le cadre intégré SEED-STEM facilite l’intégration des aspects sociaux dans la quantification des trajectoires SURE et des scénarios de choc du modèle STEM.
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Publications / Results
(Italian)
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I punti salienti (risultati, sfide, insegnamenti, ecc.) del periodo di riferimento sono stati i seguenti:
• I team di modellazione che costituiscono il nucleo di SURE hanno lavorato per quantificare gli scenari relativi a due percorsi (SPS1 - Team Sprint e SPS4 - Walk and Talk) e due shock (shock societari e meteorologici). La quantificazione è ancora in corso e i principali risultati sono stati: a) la verifica della fattibilità della quantificazione di tutti i percorsi e degli shock di SURE, individualmente da parte di ciascun team; b) la revisione delle narrative degli scenari di shock finanziario, nucleare e sociale per renderli più impattanti per l'economia e il sistema energetico della Svizzera; e c) il perfezionamento e l'implementazione di tutti i collegamenti fra modelli e la sequenza di modelli da seguire. Questo sforzo collettivo di quasi tutti i partner SURE ha portato a un miglior allineamento delle ipotesi rispetto alle esigenze dei modelli settoriali e ad una migliore comprensione dei risultati che ci si può attendere. Questo è particolarmente importante per le condizioni al contorno necessarie nei casi di studio SURE.
• Durante il periodo di riferimento, il gioco SURE è stato sviluppato fino alla sua prima versione. Nel gioco, i partecipanti devono garantire che in Svizzera sia disponibile elettricità sufficiente per l'inverno e l'estate, investendo in impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, fossili e nucleari e attuando misure politiche. Oltre alla fornitura di elettricità, i giocatori ricevono anche informazioni sul loro operato in termini di biodiversità, utilizzo del territorio e sostegno pubblico. Devono anche affrontare degli shock. Il gioco sarà utilizzato per la raccolta dei dati, come "trattamento informativo sofisticato" nell'indagine SURE e per il trasferimento delle conoscenze. La distribuzione al grande pubblico aumenta la visibilità del progetto SURE e contribuisce alla sensibilizzazione della popolazione sulla sostenibilità e la resilienza del futuro sistema energetico.
• Il caso di studio cantonale ha raggiunto un traguardo significativo, traducendo in un modello di simulazione computazionale le complesse ipotesi qualitative sulla natura dinamica della struttura del sistema energetico ticinese. Si è trattato di uno sforzo di collaborazione con i principali stakeholder, che ha garantito che il modello riflettesse le intuizioni acquisite attraverso un processo partecipativo. Inoltre, lo sviluppo del modello ha rafforzato la connessione tra il caso di studio e il quadro SURE, in quanto ha posto le basi per l'identificazione di input e condizioni al contorno specifici dei team di modellazione SURE che devono essere integrati nel modello cantonale. Questo allineamento faciliterà l'armonizzazione tra le strategie di transizione energetica nazionali e cantonali, aumenterà la credibilità dei risultati del modello cantonale e aprirà la strada ad interventi di politica energetica più efficaci sia a livello regionale che nazionale.
• Lidia Stermieri ha completato la sua tesi di dottorato nel terzo anno del progetto. La tesi si è concentrata sullo sviluppo di un nuovo modulo socioeconomico per il Modello del Sistema Energetico Svizzero (STEM) del PSI, al fine di valutare l'impatto dell'aumento delle pratiche digitali nella società e nella produzione e utilizzo finale dell'energia. Il modulo, costruito da zero, è un Agent-Based Model (ABM) basato sulla teoria delle pratiche sociali. Il modulo identifica diversi agenti dei settori domestico, terziario e industriale del sistema energetico, catturando la loro eterogeneità nelle decisioni di investimento e nell'uso dell'energia. Include anche rappresentazioni delle reti sociali, sia fisiche che virtuali, che influenzano i comportamenti energetici di questi agenti. Grazie al collegamento con STEM, le risultanti configurazioni del sistema energetico tengono conto delle scelte dei consumatori. Pertanto, il quadro integrato SEED-STEM facilita l'integrazione degli aspetti sociali nella quantificazione dei percorsi SURE e degli scenari di shock di STEM.
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