Mady Olonscheck

• The energy sector is both affected by climate change and a key sector for climate protection measures. Energy security is the backbone of our modern society and guarantees the functioning of most critical infrastructure. Thus, decision makers and energy suppliers of different countries should be familiar with the factors that increase or decrease the susceptibility of their electricity sector to climate change. Susceptibility means socioeconomic and structural characteristics of the electricity sector that affect the demand for and supply of electricity under climate change. Moreover, the relevant stakeholders are supposed to know whether the given national energy and climate targets are feasible and what needs to be done in order to meet these targets. In this regard, a focus should be on the residential building sector as it is one of the largest energy consumers and therefore emitters of anthropogenic CO 2 worldwide. This dissertation addresses the first aspect, namely the susceptibility of the electricity sector, by developingThe energy sector is both affected by climate change and a key sector for climate protection measures. Energy security is the backbone of our modern society and guarantees the functioning of most critical infrastructure. Thus, decision makers and energy suppliers of different countries should be familiar with the factors that increase or decrease the susceptibility of their electricity sector to climate change. Susceptibility means socioeconomic and structural characteristics of the electricity sector that affect the demand for and supply of electricity under climate change. Moreover, the relevant stakeholders are supposed to know whether the given national energy and climate targets are feasible and what needs to be done in order to meet these targets. In this regard, a focus should be on the residential building sector as it is one of the largest energy consumers and therefore emitters of anthropogenic CO 2 worldwide. This dissertation addresses the first aspect, namely the susceptibility of the electricity sector, by developing a ranked index which allows for quantitative comparison of the electricity sector susceptibility of 21 European countries based on 14 influencing factors. Such a ranking has not been completed to date. We applied a sensitivity analysis to test the relative effect of each influencing factor on the susceptibility index ranking. We also discuss reasons for the ranking position and thus the susceptibility of selected countries. The second objective, namely the impact of climate change on the energy demand of buildings, is tackled by means of a new model with which the heating and cooling energy demand of residential buildings can be estimated. We exemplarily applied the model to Germany and the Netherlands. It considers projections of future changes in population, climate and the insulation standards of buildings, whereas most of the existing studies only take into account fewer than three different factors that influence the future energy demand of buildings. Furthermore, we developed a comprehensive retrofitting algorithm with which the total residential building stock can be modeled for the first time for each year in the past and future. The study confirms that there is no correlation between the geographical location of a country and its position in the electricity sector susceptibility ranking. Moreover, we found no pronounced pattern of susceptibility influencing factors between countries that ranked higher or lower in the index. We illustrate that Luxembourg, Greece, Slovakia and Italy are the countries with the highest electricity sector susceptibility. The electricity sectors of Norway, the Czech Republic, Portugal and Denmark were found to be least susceptible to climate change. Knowledge about the most important factors for the poor and good ranking positions of these countries is crucial for finding adequate adaptation measures to reduce the susceptibility of the electricity sector. Therefore, these factors are described within this study. We show that the heating energy demand of residential buildings will strongly decrease in both Germany and the Netherlands in the future. The analysis for the Netherlands focused on the regional level and a finer temporal resolution which revealed strong variations in the future heating energy demand changes by province and by month. In the German study, we additionally investigated the future cooling energy demand and could demonstrate that it will only slightly increase up to the middle of this century. Thus, increases in the cooling energy demand are not expected to offset reductions in heating energy demand. The main factor for substantial heating energy demand reductions is the retrofitting of buildings. We are the first to show that the given German and Dutch energy and climate targets in the building sector can only be met if the annual retrofitting rates are substantially increased. The current rate of only about 1 % of the total building stock per year is insufficient for reaching a nearly zero-energy demand of all residential buildings by the middle of this century. To reach this target, it would need to be at least tripled. To sum up, this thesis emphasizes that country-specific characteristics are decisive for the electricity sector susceptibility of European countries. It also shows for different scenarios how much energy is needed in the future to heat and cool residential buildings. With this information, existing climate mitigation and adaptation measures can be justified or new actions encouraged.…
• Der Energiesektor ist sowohl vom Klimawandel betroffen als auch ein Schlüsselsektor für Maßnahmen zum Klimaschutz. Energiesicherheit ist das Rückgrat unserer modernen Gesellschaft und gewährleistet das Funktionieren der meisten kritischen Infrastrukturen. Daher sollten Entscheidungsträger und Energieversorger verschiedener Länder mit den Faktoren vertraut sein, welche die Anfälligkeit ihres Elektrizitätssektors gegenüber dem Klimawandel beeinflussen. Anfälligkeit meint die sozio-ökonomischen und strukturellen Eigenschaften des Elektrizitätssektors, die die Nachfrage nach und das Angebot an Strom unter sich änderndem Klima erhöhen oder verringern. Darüber hinaus sollten die relevanten Akteure wissen, ob die gesetzten nationalen Energie- und Klimaziele umsetzbar sind und was getan werden muss, um diese Ziele zu erreichen. In diesem Zusammenhang sollte ein Schwerpunkt auf dem Wohngebäudesektor liegen, da dieser einer der größten Energieverbraucher und damit anthropogen bedingter CO2-Emittenten weltweit ist. Diese Dissertation befasstDer Energiesektor ist sowohl vom Klimawandel betroffen als auch ein Schlüsselsektor für Maßnahmen zum Klimaschutz. Energiesicherheit ist das Rückgrat unserer modernen Gesellschaft und gewährleistet das Funktionieren der meisten kritischen Infrastrukturen. Daher sollten Entscheidungsträger und Energieversorger verschiedener Länder mit den Faktoren vertraut sein, welche die Anfälligkeit ihres Elektrizitätssektors gegenüber dem Klimawandel beeinflussen. Anfälligkeit meint die sozio-ökonomischen und strukturellen Eigenschaften des Elektrizitätssektors, die die Nachfrage nach und das Angebot an Strom unter sich änderndem Klima erhöhen oder verringern. Darüber hinaus sollten die relevanten Akteure wissen, ob die gesetzten nationalen Energie- und Klimaziele umsetzbar sind und was getan werden muss, um diese Ziele zu erreichen. In diesem Zusammenhang sollte ein Schwerpunkt auf dem Wohngebäudesektor liegen, da dieser einer der größten Energieverbraucher und damit anthropogen bedingter CO2-Emittenten weltweit ist. Diese Dissertation befasst sich mit dem ersten Aspekt, der Anfälligkeit des Elektrizitätssektors, durch die Entwicklung eines Rankings, welches einen quantitativen Vergleich der Anfälligkeit des Elektrizitätssektors von 21 europäischen Ländern anhand von 14 Einflussfaktoren ermöglicht. Solch ein Ranking wurde bisher noch nicht erstellt. Wir führten eine Sensitivitätsanalyse durch, um den relativen Einfluss eines jeden Einflussfaktors auf das Ranking gemäß der Anfälligkeit zu testen. Wir diskutieren zudem Gründe für die Ranking-Position und damit die Anfälligkeit ausgewählter Länder. Das zweite Thema, der Einfluss des Klimawandels auf den Gebäudeenergiebedarf, wird mittels eines neuen Modells bearbeitet, mit welchem der Heiz- und Kühlenergiebedarf von Wohngebäuden abgeschätzt werden kann. Wir wandten das Modell exemplarisch für Deutschland und die Niederlande an. Es berücksichtigt Prognosen für zukünftige Veränderungen der Bevölkerung, des Klimas und des Dämmstandards von Gebäuden, während die meisten der bestehenden Studien nur weniger als drei verschiedene Faktoren berücksichtigen, die den zukünftigen Energiebedarf von Gebäuden beeinflussen. Darüber hinaus haben wir einen umfassenden Sanierungsalgorithmus entworfen, mit welchem der gesamte Wohngebäudebestand erstmals für jedes Jahr in der Vergangenheit und Zukunft modelliert werden kann. Die Studie bestätigt, dass es keinen Zusammenhang zwischen der geographischen Lage eines Landes und seiner Position im Ranking gemäß der Anfälligkeit seines Elektrizitätssektors gibt. Wir fanden auch kein deutliches Muster der Einflussfaktoren für die Anfälligkeit zwischen Ländern, die beim Ranking schlechter oder besser abschnitten. Wir verdeutlichen, dass Luxemburg, Griechenland, die Slowakei und Italien die Länder mit der höchsten Anfälligkeit ihres Elektrizitätssektors sind. Die Elektrizitätssektoren von Norwegen, Tschechien, Portugal und Dänemark zeigten sich als am wenigsten anfällig gegenüber dem Klimawandel. Kenntnisse hinsichtlich der wichtigsten Faktoren für die schlechte bzw. gute Rankingposition dieser Länder sind von entscheidender Bedeutung, um geeignete Anpassungsmaßnahmen zu finden, welche die Anfälligkeit des Elektrizitätssektors reduzieren. Daher werden solche Faktoren in dieser Studie beschrieben. Wir zeigen, dass der Heizenergiebedarf von Wohngebäuden sowohl in Deutschland als auch in den Niederlanden in der Zukunft stark abnehmen wird. Die Analyse für die Niederlande konzentrierte sich auf die regionale Ebene und hatte eine feinere zeitliche Auflösung, wodurch starke zukünftige Veränderungen beim Heizenergiebedarf pro Provinz und Monat deutlich wurden. In der deutschen Studie untersuchten wir zusätzlich den zukünftigen Kühlenergiebedarf und konnten darlegen, dass dieser bis zur Mitte dieses Jahrhunderts nur leicht zunehmen wird. So werden Steigerungen beim Kühlenergiebedarf voraussichtlich nicht die Reduktionen des Heizenergiebedarfs wettmachen. Der wichtigste Faktor für beträchtliche Heizenergiebedarfssenkungen ist die Sanierung von Gebäuden. Wir sind die ersten, die zeigen, dass die festgelegten deutschen und niederländischen Energie- und Klimaziele im Gebäudesektor nur dann erfüllt werden können, wenn die jährliche Sanierungsrate deutlich erhöht wird. Die derzeitige Rate von nur etwa 1% des Gesamtgebäudebestandes pro Jahr reicht nicht aus, dass bis zur Mitte dieses Jahrhunderts alle Wohngebäude einen nahezu energieneutralen Standard erreichen. Dafür müsste sie mindestens verdreifacht werden. Diese Arbeit betont, dass länderspezifische Merkmale eine entscheidende Rolle spielen für die Anfälligkeit des Elektrizitätssektors europäischer Länder. Sie zeigt zudem für verschiedene Szenarien, wie viel Energie in der Zukunft benötigt wird, um Wohngebäude zu heizen und zu kühlen. Mit diesen Informationen lassen sich bestehende Klimaschutz- und Anpassungsmaßnahmen rechtfertigen oder neue Maßnahmen anregen.…