Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/87648
Title: Assessing energy-efficiency market transformation: the case study of a developing Asian country
Authors: Singh, Vivek Kumar
Orientador: Oliveira, Carla Margarida Saraiva de
Martins, António Manuel Oliveira Gomes
Keywords: Energy efficient technologies in India’s households; Economic Input-Output Lifecycle Assessment; Energy payback time; Greenhouse gas payback time; Multiojective interval portfolio models; Tecnologias energeticamente eficientes no setor residencial da Índia; Análise do ciclo de vida input-output; Tempo de retorno energético; Tempo de retorno carbónico; Modelos de portfolio multiobjectivo intervalares
Issue Date: 22-Jan-2019
Project: SFRH/BD/52308/2013 
Abstract: Traditionally, energy planning in developing Asian countries has neglected the structure of energy demand and how it is likely to evolve as development takes its path. Furthermore, the lack of concern with the conservation of energy and the limited availability of energy consumption data have made it very difficult to assess in a reasonable manner the potential for energy savings in the major energy end-use sectors. Energy planning is thus a challenging task, in particular with the continuous growth of agricultural and industrial activities. Henceforth, an up-to-date review of the main issues at stake regarding the choice of energy efficient technologies in India’s residential sector, bringing to light the main challenges that have to be faced in the design of energy efficiency policies and programs in this country, has been first conducted based on extensive literature research. Since energy efficiency and energy security have a prominent role in the economic and social development of all countries, the formulation of a proper modelling framework that supports decision-makers with the definition of energy policies without compromising future energy needs becomes timely and relevant. From the different approaches available, Input – Output (IO) models are especially useful, since they allow considering different impacts that can be consistent with different energy policy options. In order to assist energy decision-makers of India on the appraisal of the future effects of the replacement of the current business as usual technologies (BAU) with energy efficient best available technologies (BAT), a novel IO modelling framework has been designed by introducing a bottom-up approach into an IO model which is combined with technical data for the holistic assessment of nine energy efficient technologies previously identified. A large size platform of real data has also been gathered considering different data sources, namely the household building stock characterization, the number of operating days according to the climatic regions of India, the lifetime and the investment cost of each equipment. The trade-offs involved in the multi perspective assessment of the technologies under analysis were then evaluated by both considering the economic IO modelling framework developed and an economic analysis specifically addressing the net present value, the savings to investment ratio and the cost of conserved energy (also incorporating the private investor’s concerns). Finally, two modelling formulations were suggested which combine the use of the Economic IO Lifecycle (EIO-LCA) assessment with multiobjective interval portfolio theory to support public decision-makers on the design of programs to foster the investment on energy efficient technologies. Each model considers two objective functions: the maximization of the savings to investment ratio as a surrogate measure of return and the maximization of the minimum deviation of GHG avoided emissions/energy savings of the portfolio during its lifetime from the expected GHG emitted/energy embodied in its manufacture, as a proxy of risk minimization. In order to ensure a certain diversification level of the technologies to be subsidized, constraints were imposed on the maximal amount assigned to the energy efficient technologies under consideration, also assuring a given energy payback time (EPBT)/GHG payback time (GPBT). In this last case, the originality of this work is twofold: on one hand, the energy embodied in each energy efficient technology (EET) under scrutiny has been obtained through national I-O data avoiding the truncation problems usually found in traditional lifecycle inventories; on the other hand, besides the traditional EPBT/GPBT which only accounts for direct energy saving/GHG avoided emission effects, new EPBT/GPBT concepts are introduced which consider indirect and induced energy saving/GHG avoided emission effects. The first and second formulations might be more suitable for countries with higher and lower emission factors regarding their electricity mix, respectively. In addition, a proposal for obtaining the efficient portfolio solutions was also suggested, which allows considering three types of investment strategies, i.e., a conservative strategy (leading to a lower number of subsidized devices), an aggressive strategy (leading to a higher number of subsidized devices) and a combined strategy. Finally, the anticipated economic, energy, environmental and social impacts (E3S) obtained in each solution previously computed are projected.
Tradicionalmente, o planeamento energético em países em vias desenvolvimento, em particular nos países asiáticos, tem negligenciado a estrutura da procura de energia e a sua evolução, num contexto de desenvolvimento económico crescente. Por outro lado, a falta de preocupação com a conservação de energia e a falta de disponibilidade de informação atualizada e detalhada, respeitante ao consumo de energia nestes países, têm dificultado a análise fundamentada do potencial efetivo de poupança energética nos sectores mais intensivos em energia. Neste âmbito, o planeamento energético apresenta diversos desafios, em particular com o crescimento contínuo dos setores de atividade agrícola e industrial. Por conseguinte, foi efetuada uma revisão crítica da literatura atualizada, respeitante às principais tecnologias eficientes de energia utilizadas no sector residencial da Índia, ressaltando os principais aspetos críticos que devem ser contemplados na elaboração de políticas e programas de eficiência energética neste país. Como a eficiência e a segurança energéticas desempenham um papel proeminente no desenvolvimento económico e social de todos os países, a formulação de modelos adequados, que permitam apoiar os decisores, de forma consistente, na definição de políticas energéticas, sem comprometer as necessidades energéticas futuras, torna-se oportuna e relevante. No que diz respeito às diferentes abordagens disponíveis na literatura científica, os modelos de Input – Output (IO) são especialmente úteis, pois permitem avaliar diferentes impactes que podem ser consentâneos com diferentes opções de política energética. Neste âmbito, de modo a apoiar os decisores de política energética da Índia na avaliação dos efeitos potenciais resultantes da adoção de medidas de política que incentivem a adoção de tecnologias energeticamente eficientes, foi proposta uma nova ferramenta metodológica assente em análise IO. O modelo IO foi então ajustado para efetuar a avaliação holística de nove tecnologias energeticamente eficientes previamente identificadas, através de uma abordagem bottom-up que combina dados técnicos com dados económicos. Neste contexto, foi construída uma plataforma de dados reais de dimensão considerável, tendo sido reunida informação proveniente de diferentes fontes de dados, tendo em conta, nomeadamente, a caracterização do parque habitacional, o número de dias em que as tecnologias operam, em média, de acordo com as regiões climáticas da Índia, a vida útil e o custo de investimento de cada equipamento. De modo a ser possível avaliar os trade-offs envolvidos na avaliação multidimensional de cada tecnologia analisada, foi utilizada a ferramenta metodológica anteriormente desenvolvida e foi encetada uma análise económica, contemplando especificamente o valor atualizado líquido, o rácio entre poupança e investimento e o custo da energia conservada de cada equipamento (incorporando também as preocupações do investidor privado). Finalmente, foram sugeridas duas formulações matemáticas que combinam o uso da Análise do Ciclo de Vida IO (ACV-IO) com modelos do portfolio multiobjectivo intervalares para apoiar os decisores públicos na proposta de programas para fomentar o investimento em tecnologias energeticamente eficientes. Cada modelo considera duas funções objetivo: a maximização da relação entre poupança e investimento, como medida de retorno, e a maximização do desvio mínimo entre as emissões de GEE evitadas/energia poupada durante a vida útil do equipamento e os GEE emitidos/energia incorporada nas fases de fabrico e instalação, como proxy de minimização do risco. Com o objetivo de garantir um certo nível de diversificação das tecnologias a serem subsidiadas, impuseram-se restrições ao montante máximo a afetar às tecnologias energeticamente eficientes, assegurando, simultaneamente, um determinado tempo de retorno energético (EPBT)/tempo de retorno carbónico (GPBT). Neste último caso, a originalidade deste trabalho é dupla: por um lado, a energia incorporada em cada tecnologia energeticamente eficiente sob escrutínio foi obtida através de dados IO, evitando os problemas de truncagem normalmente encontrados nos inventários de análise do ciclo de vida; por outro lado, além do tradicional EPBT/ GPBT, que apenas contabiliza os efeitos diretos da energia poupada/emissões evitadas de GEE, são introduzidos novos conceitos de EPBT/GPBT que consideram os efeitos indiretos e induzidos pela poupança energética/emissões evitadas de GEE. A primeira e a segunda formulações podem ser mais adequadas para países com maiores e menores fatores de emissão em relação ao seu mix de fontes energéticas utilizadas na produção de eletricidade, respetivamente. Adicionalmente, foi ainda sugerida uma proposta para obter soluções eficientes, considerando três tipos de estratégias de investimento, isto é, uma estratégia conservadora (conduzindo à subsidiação de um menor número de equipamentos), uma estratégia agressiva (conduzindo à subsidiação de um maior número de equipamentos) e uma estratégia combinada.
Description: Tese de Doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia, apresentada ao Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/87648
Rights: embargoedAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Mecânica - Teses de Doutoramento

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