A model-based methodology for the quantification of energy efficiency potentials beyond energetic considerations

In order to effectively implement energy efficiency measures, policymakers need to know the composition of energy demand and economic energy efficiency potentials. Targeted political interventions can only be introduced if it is known which energy sources are used for which areas of application. Energy consumption models can provide the necessary information. To date, the underlying energy efficiency potentials of the measures have mostly been assessed purely in terms of their economic viability. This means that the measures are evaluated by weighing up additional investments against the energy costs saved or the costs per amount of energy saved. However, the scientific literature suggests that reducing energy consumption through energy efficiency not only leads to lower energy costs and a reduction in CO₂ emissions, but also to a variety of other benefits known as non-energy benefits of energy efficiency (NEBs). NEBs include, for example, a reduction in the amount of waste generated, a possible increase in production or an improvement in the working environment and public image. Although these have not yet been taken into account in the overall picture, this often results in financial benefits. In order to show the full impact of products, technologies and services on the environment, environmental costs are introduced in the literature. This would allow the costs of environmental damage and climate adaptation measures to be fully or partially allocated to the polluters. Previous studies have usually analysed environmental costs, NEBs or energy efficiency potentials separately and therefore do not provide a complete picture of all costs and benefits of energy efficiency.
This dissertation uses the example of an integrated energy model of the tertiary sector to show how the energy efficiency potential can be expanded for the first time to include an environmental-social aspect in addition to the purely energetic consideration. This is achieved through the internalisation of environmental costs and the consideration of NEBs. For this reason, the various strands of literature are systematically brought together for analysis in an energy consumption model. Firstly, an energy model is developed for the tertiary sector in Germany in order to be able to make detailed statements about the energy consumption of this very heterogeneous sector. This model can also be used to identify the technically possible energy saving potential of individual measures. In order to complete the energy consumption model developed for the tertiary sector, the standard calculation method for the specific investment costs per amount of energy saved is extended to include (avoided) environmental costs and NEBs. The financial advantages of NEBs are taken into account and the environmental damage costs of electrical energy generation are added to the energy price. In this way, the energy efficiency potential can also take environmental and social aspects into account in addition to the purely energetic consideration of energy savings.
Taking these (avoided) costs and benefits into account offers new opportunities for policymakers and also for companies to evaluate energy efficiency measures. This dissertation shows that the avoided environmental costs and NEBs can be taken into account in energy efficiency potentials and thus increase the economic efficiency and profitability of energy efficiency measures. Energy efficiency measures become more attractive in the investment process due to shorter amortisation periods and the energy efficiency potential is extended beyond the purely energetic consideration of energy savings to an environmental-social potential.

Um wirksam Energieeffizienzmaßnahmen umsetzen zu können, müssen politische Entscheidungsträger die Zusammensetzung der Energienachfrage, sowie wirtschaftliche Energieeffizienzpotentiale kennen. Nur wenn bekannt ist, für welche Anwendungsbereiche welcher Energieträger verbraucht wird, können gezielt politische Interventionen eingeleitet werden. Energieverbrauchsmodelle können hier einen wichtigen Beitrag zur Schaffung der notwendigen Informationsbasis leisten. Bisher werden die zugrunde liegenden Energieeffizienzpotentiale der verschiedenen Maßnahmen meist rein in Bezug auf deren Wirtschaftlichkeit ermittelt. Das heißt die Maßnahmen werden durch eine Abwägung zusätzlicher Investitionen gegenüber eingesparter Energiekosten bzw. der Kosten pro eingesparter Energiemenge bewertet. Aus der wissenschaftlichen Literatur ergibt sich jedoch, dass eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch Energieeffizienz nicht nur zu niedrigeren Energiekosten und einer Reduzierung der CO₂-Emissionen führt, sondern auch zu einer Vielzahl anderer Vorteile, die als nicht-energetische Vorteile der Energieeffizienz (NEBs) bezeichnet werden. Zu den NEBs gehören zum Beispiel eine Reduzierung des entstehenden Abfalls, eine mögliche Steigerung der Produktion oder die Verbesserung der Arbeitsumgebung und des öffentlichen Images. Daraus ergeben sich oft finanzielle Vorteile, die allerdings bislang nicht im Gesamtbild berücksichtigt werden. Um über diese Vorteile hinaus die vollen Auswirkungen von Produkten, Technologien und Dienstleistungen auf die Umwelt darzustellen, werden in der Literatur Umweltkosten eingeführt. Damit könnten die Kosten von Umweltschäden und Klimaanpassungsmaßnahmen ganz oder teilweise den Verursachern zugeordnet werden. Frühere Studien haben Umweltkosten, NEBs oder Energieeffizienzpotenziale meist getrennt untersucht und liefern daher kein komplettes Bild aller Kosten und Vorteile von Energieeffizienzmaßnahmen.
In dieser Dissertation wird am Beispiel eines integrierten Energiemodells für den tertiären Sektors gezeigt, wie das Energieeffizienzpotential erstmals neben der rein energetischen Betrachtung um einen ökologisch-sozialen Aspekt erweitert werden kann. Dies wird durch die Internalisierung von Umweltkosten und die Berücksichtigung von NEBs erreicht. Dafür werden die verschiedenen Literaturstränge methodisch zusammengeführt und in einem Energieverbrauchsmodell exemplarisch untersucht. Zunächst wird ein Energiemodell für den tertiären Sektor in Deutschland entwickelt, um detaillierte Aussagen über den Energieverbrauch des sehr heterogenen Sektors treffen zu können. Mit diesem Modell kann auch das technisch mögliche Energieeinsparpotential einzelner Maßnahmen ausgewiesen werden. Um das entwickelte Energieverbrauchsmodell des tertiären Sektors zu vervollständigen, wird die gängige Berechnungsmethode für die spezifischen Investitionskosten pro eingesparter Energiemenge um (vermiedene) Umweltkosten und NEBs erweitert. Hierbei werden die finanziellen Vorteile von NEBs berücksichtigt und die Umweltschadenskosten der elektrischen Energieerzeugung zum Energiepreis addiert. Auf diese Weise kann das Energieeffizienzpotenzial über die rein energetische Betrachtung der Energieeinsparungen hinaus auch ökologische und soziale Aspekte berücksichtigen.
Die Berücksichtigung dieser (vermiedenen) Kosten und Vorteile bietet neue Möglichkeiten für politische Entscheidungsträger und auch für Unternehmen zur Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die vermiedenen Umweltkosten und NEBs in Energieeffizienzpotentialen berücksichtigt werden können und damit die Wirtschaftlichkeit und Rentabilität von Energieeffizienzmaßnahmen erhöhen. Energieeffizienzmaßnahmen werden durch kürzere Amortisationszeiten attraktiver im Investitionsprozess und das Energieeffizienzpotenzial wird über die rein energetische Betrachtung der Energieeinsparung hinaus zu einem ökologisch-sozialen Potenzial erweitert.