A methodological framework to support energy decision-makers in investment planning for energy efficiency programs in the residential sector

Abstract

Energy efficiency is seen as an essential tool to reduce energy consumption contributing to a more sustainable society. Thus, promoting the efficient allocation of resources to the deployment of energy efficiency measures is important. In this context, the assessment of which energy efficiency measures should be selected for public funding is usually done according to their energy savings, avoided emissions and cost-effectiveness. Furthermore, energy savings and avoided emissions are generally computed considering the use phase of the technologies / measures without accounting for the manufacturing, construction, installation, recycling or final disposal phases. However, as efficiency increases, the importance of the energy consumption during these stages also increases. Usually, cost-effectiveness assessment is based on the total resource cost (to evaluate if money savings from the energy efficiency program exceeds the total program costs). On the other hand, multiple objectives are usually at stake when energy efficiency actions are assessed, and different stakeholders may have different and conflicting objectives, making the decision process more demanding. Therefore, an alternative approach is proposed in this work by means of the development of a multi-objective model to appraise and evaluate portfolios of energy efficiency measures. Three objectives are considered in this model: minimizing the savings to investment ratio, maximizing the minimum difference between the energy savings and the energy embodied in the energy efficiency measures and minimizing the energy payback time of the portfolio. The energy savings and the avoided emissions are computed considering a life-cycle perspective. The usefulness of the proposed model is subsequently validated by considering data from the Portuguese building stock. Finally, the results obtained with these models and with the results reached with a more traditional approach (i.e. based on energy and monetary savings obtained during the operation phase) are then contrasted.

A eficiência energética é vista como um instrumento essencial para reduzir o consumo de energia, contribuindo para uma sociedade mais sustentável. Assim, é fundamental promover a alocação eficiente de recursos através da implementação de medidas de eficiência energética. Neste contexto, a seleção e avaliação das medidas de eficiência energética que para financiamento público são geralmente feitas de acordo com base na poupança energética, emissões evitadas e análise custo-benefício. Estes indicadores são geralmente calculados tendo em conta a fase de operação das tecnologias/medidas sem contemplar as fases de fabrico, construção, instalação, reciclagem ou deposição final. No entanto, à medida que a eficiência destas medidas aumenta, a importância do consumo de energia nas diferentes fases do ciclo de vida destas também aumenta. Normalmente, a análise custo-benefício baseia-se no custo total da medida (de modo a avaliar se a poupança, em valor monetário, associada à adoção do programa de eficiência energética excede os respetivos custos totais). Por outro lado, a medidas de eficiência energética são avaliadas tendo em consideração objetivos múltiplos, por vezes contraditórios, e diferentes partes interessadas, tornando o processo de tomada de decisão mais exigente. Por conseguinte, neste trabalho propõe-se uma abordagem alternativa através do desenvolvimento de um modelo multiobjectivo para avaliar portfólios de medidas de eficiência energética. Neste modelo são contemplados três objetivos: a minimização do rácio poupança investimento, a maximização da mínima diferença entre a poupança energética e a energia incorporada nas medidas de eficiência energética e a minimização do tempo de retorno energético do portfólio. A poupança de energia e as emissões evitadas são calculadas tendo em conta uma perspetiva de ciclo de vida. A utilidade do modelo proposto é posteriormente validada através da utilização de dados respeitantes ao parque residencial português. Finalmente, os resultados obtidos com este modelo são contrastados com os resultados alcançados com uma abordagem mais tradicional (isto é, com base na poupança energética e monetária calculadas tendo em conta a fase de operação).