Modellierung der Entwicklung von Treibhausgasemissionen und Energieverbrauch für Raumwärme und Warmwasser im österreichischen Wohngebäudebestand unter der Annahme verschiedener Optimierungsziele

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie sich Treibhausgasemissionen, Energieverbrauch und Technologiewahl im Bereich Raumheizung und Warmwasserbereitung für existierende Wohngebäude in Österreich bis zum Jahr 2020 entwickeln könnten unter der Annahme, dass entweder - monetäre Kosten - soziale Kosten (= Summe von monetären und externen Kosten) - Treibhausgasemissionen - Energieverbrauch unter bestimmten beschränkenden Rahmenbedingungen eines Referenz-Szenarios minimiert werden. Ausgehend von diesem Referenz-Szenario werden bestimmte Parameter wie Energiepreisniveaus, Höhe von Austausch-/Renovierungsraten oder der externen Kosten variiert und deren Auswirkungen untersucht. Weiters werden verschiedene Varianten von energiepolitischen Instrumenten wie unterschiedliche Fördermodelle oder CO2-Steuern definiert und deren Effekte analysiert.<br />Die Analysen werden mit einem Computermodell durchgeführt, welches den Bestand an Wohngebäuden und Heiz-/Warmwasserbereitungssystemen auf einem hohen Disaggregierungsniveau (in über 800 sogenannte "Gebäudesegmente") abbildet. Jedes dieser Gebäudesegmente wird einem jährlichen Entscheidungsalgorithmus unterworfen, in dem aus einer breiten Palette an Wahlmöglichkeiten jene Technologie / Maßnahme gewählt wird, welche im Sinne des gewählten Optimierungszieles unter Berücksichtigung maximaler Lebensdauern von Systemen/Bauteilen den Gesamtaufwand (Annuität der Investition plus laufender Aufwand) minimiert.<br />Unter Annahme des Referenz-Szenarios werden im Fall "minimiere monetäre Kosten" die jährlichen Emissionen von Treibhausgasen für Raumwärme und Warmwasserbereitung um ca. 33% reduziert (Vergleich 2020 - 2002).<br />Weitere Reduktionen der Treibhausgasemissionen sind bei Anwendung der Ziele "minimiere soziale Kosten" und "minimiere Treibhausgasemissionen" möglich, allerdings sind die Kosten für jede zusätzliche eingesparte Tonne CO2-Äquivalent (im Vergleich zum Fall "minimiere monetäre Kosten") für den Fall "minimiere soziale Kosten" um den Faktor 3,1 niedriger als bei Anwendung des Ziels "minimiere Treibhausgasemissionen". In jedem Simulationsfall unter den Preisannahmen des Referenz-Szenarios erfolgt ein massiver Wechsel weg von Ölheizungen, der Anteil von Erdgas wächst allerdings bei "minimiere monetäre Kosten" und geringer ausgeprägt bei "minimiere soziale Kosten". Gemäß den Modellresultaten können durch Förderungen (Investitionszuschüsse) die Treibhausgasemissionen markant reduziert werden, allerdings existiert ein deutlicher Trade-Off zwischen Effizienz und Effektivität verschiedener Fördermodelle. Alleinige Förderungen für Maßnahmen an der Gebäudehülle könnten zu einem höheren Einsatz von Strom-Direktheizungen (welche bei sinkenden Heizlasten wirtschaftlicher werden) führen, auf diesen möglichen Effekt ist bei der Gestaltung von Förder-Instrumenten Rücksicht zu nehmen. Die Höhe der Austausch-/Renovierungsraten ist ein mitentscheidender Faktor bei der Geschwindigkeit potenzieller Emissionsreduktionen, auf die durch Fördermodelle oder andere (informatorische) Instrumente eingewirkt werden sollte. CO2-Steuern haben im Modell eine deutliche Wirkung, wobei mindestens ein Steuersatz zwischen 20 und 50 EUR/t CO2-Äquivalent zu wählen ist.<br />

This thesis deals firstly with the research question how greenhouse gas emissions, energy consumption and technology choice for space and water heating in the existing residential building stock may develop until the year 2020, assuming that either - monetary costs - social costs - greenhouse gas emissions - energy consumption are minimised given the framework conditions of a reference-scenario.<br />The effects of variations in certain parameters like energy prices or replacement/renovation rates are investigated thereafter as well as the effects of introducing policy instruments like investment subsidies or CO2-taxes. The analyses are based on a computer model which models the stock of residential buildings and heating / domestic hot water systems in a rather disaggregated manner. For each year of the simulation period it is decided for each building segment if everything (regarding building shell and heating / domestic hot water system) stays as it is or if a new heating technology respectively a measure to improve the building shell is chosen according to the target of minimising overall costs / overall emissions / overall energy consumption (depending on the target). Under the conditions of the reference scenario greenhouse gas emissions are reduced by 33% (comparing 2020 with 2002) when applying the target "minimise monetary costs". Further reductions of greenhouse gas emissions are occuring when applying the objectives "minimise social costs" and "minimise greenhouse gas emissions" whereas the costs for each additional saved ton of emissions is cheaper with "minimise social costs" by a factor of 3,1. There is a massive tendency away from oil heating with each optimisation target but the share of natural gas rises in the case of "minimise monetary costs" and also - but more slightly - in the case "minimise social costs". According to the model results greenhouse gas emissions can be reduced distinctly by introducing investment subsidies but there is a significant trade-off between efficiency and effectiveness of subsidy schemes.<br />If only building shell measures are subsidised it has to be taken care that no trend towards electric heating arises because electric heating may become the most economic option for some types of better insulated buildings. Trying to influence renovation- / replacement rates is a crucial task either by creating certain incentives like subsidies and / or by several types of information measures. CO2-taxes have (at least in the model) the expected emissions-reducing effect if the the level of the tax is at least between 20 and 50 EUR per ton CO2-equivalent.