Μαθηματική μοντελοποίηση για την πρόβλεψη και την οικονομοτεχνική βελτιστοποίηση της ενεργειακής κατανάλωσης και αποδοτικότητας στον κτηριακό τομέα

Φωτίου, Θεοφανώ; Fotiou, Theofano

dc.contributor.author	Φωτίου, Θεοφανώ	el
dc.contributor.author	Fotiou, Theofano	en
dc.date.accessioned	2022-10-05T09:37:55Z
dc.date.available	2022-10-05T09:37:55Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55842
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23540
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μοντέλο πρόβλεψης κατανάλωσης ενέργειας στα κτήρια	el
dc.subject	Ενεργειακή πολιτική για ενεργειακή αποδοτικότητα	en
dc.subject	Ενεργειακή εξοικονόμηση στα κτήρια
dc.subject	Ενεργειακή αναβάθμιση κτηρίων
dc.subject	Εξηλεκτρισμός της θέρμανσης
dc.subject	Energy policy for energy efficiencyergy-economy model to project energy consumption in buildings
dc.subject	Energy savings in buildings
dc.subject	Energy renovation of buildings
dc.subject	Electrification of heating
dc.title	Μαθηματική μοντελοποίηση για την πρόβλεψη και την οικονομοτεχνική βελτιστοποίηση της ενεργειακής κατανάλωσης και αποδοτικότητας στον κτηριακό τομέα	el
dc.title	Mathematical model for the projection and economic optimization of energy consumption and energy efficiency in the buildings sector	en
dc.contributor.department	Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Mathematical modelling	en
heal.classification	Energy economics	en
heal.classification	Energy policy	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-04-07
heal.abstract	Η έρευνα στο πλαίσιο της διατριβής επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη και υπολογιστική κατασκευή μοντέλου ενεργειακής οικονομίας για την πρόβλεψη της κατανάλωσης ενέργειας και της ενεργειακής αποδοτικότητας στον κτηριακό τομέα. Το μοντέλο είναι σχεδιασμένο να μελετά λεπτομερώς στρατηγικές και πολιτικές ενεργειακής απόδοσης, στο πλαίσιο της επίτευξης φιλόδοξων στόχων για την ενέργεια και το κλίμα μακροπρόθεσμα. Στο πλαίσιο της διατριβής εφαρμόστηκε το μοντέλο στα αριθμητικά δεδομένα όλων των χωρών της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ). Το μοντέλο αναπαριστά, με μεγάλη λεπτομέρεια, κατάτμηση σε τύπους κτηρίων και καταναλωτών του κτηριακού αποθέματος του οικιακού τομέα και του τομέα των κτηρίων γραφείων και υπηρεσιών της κάθε χώρας. Η λεπτομερής κατάτμηση του κτηριακού αποθέματος, σε συνδυασμό με τη θεωρία διακριτών επιλογών που εφαρμόζει το μοντέλο, ως προς την προσομοίωση των επενδυτικών αποφάσεων για ενεργειακή αποδοτικότητα στα κτήρια, επιτρέπει την αναπαράσταση της ετερογένειας των καταναλωτικών επιλογών και της αποτύπωσης των ιδιοσυγκρασιών στις συμπεριφορές, εγγενές χαρακτηριστικό της ζήτησης ενέργειας στα κτήρια. Η προσέγγιση του μοντέλου συνίσταται στην αναπαράσταση των συμπεριφορών των καταναλωτών σχετικά με τη βελτιστοποίηση της επιλογής τεχνολογίας και επενδύσεων για την εξοικονόμηση ενέργειας σε τεχνικό και οικονομικό επίπεδο υπό την παρουσία πολλαπλών εμποδίων που στην πράξη δυσκολεύουν και στρεβλώνουν την βελτιστοποίηση. Η ενσωμάτωση με συστηματικό τρόπο των παραγόντων αυτών στη μοντελοποίηση της βελτιστοποίησης στην ουσία εφαρμόζουν τη θεωρία της περιορισμένης ορθολογικότητας (bounded rationality) ως κατάλληλη σε συνδυασμό με τη λεπτομερή κατάτμηση του κτηριακού αποθέματος σε τύπους κτηρίων και καταναλωτών για την προσομοίωση των φαινομενικά μη-ορθολογικών συμπεριφορών σχετικά με την εξοικονόμηση ενέργειας. Αυτή η μεθοδολογική προσέγγιση αλλά και η αριθμητική της εφαρμογή αποτελούν την πρωτοτυπία της διατριβής. Η προσέγγιση της περιορισμένης ορθολογικότητας είναι μεγάλης σημασίας για την αξιολόγηση της ενεργειακής πολιτικής σχετικά με την ενεργειακή αποδοτικότητα γιατί μόνο αυτή καταφέρνει να αποτιμήσει σωστά τη δυσκολία που αντιμετωπίζει η πολιτική για την επιτυχή παροχή κινήτρων για την εξοικονόμηση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα. Για το σκοπό αυτό, η προσέγγιση του μοντέλου θεωρεί ότι η περιορισμένη ορθολογικότητα που δυσκολεύει τα κίνητρα πολιτικής οφείλεται σε μη-οικονομικά εμπόδια, εκτός δυσκολιών κόστους, δηλαδή οικονομικά εμπόδια (market barriers). Η προσέγγιση διαχωρίζει τα μη-οικονομικά εμπόδια (non-market barriers) που δυσκολεύουν την ενεργειακή αποδοτικότητα σε «κρυφά» κόστη και παράγοντες που σχετίζονται με την πρόσβαση σε χρηματοδότηση αλλά και σε θεσμικά εμπόδια που αντιστοιχούν σε παράγοντες που δεν έχουν άμεσο πληρωτέο κόστος. Τα μη οικονομικά εμπόδια μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ευρέως σε τρεις ομάδες: α) την (ασύμμετρη) πληροφόρηση, και β) την αβεβαιότητα σχετικά με τις οικονομικές και τεχνικές επιδόσεις των επενδυτικών επιλογών (συμπεριλαμβανομένου του κόστους ευκαιρίας των ιδίων και δανειακών κεφαλαίων), γ) τη ρυθμιστική αβεβαιότητα (κανονιστικές διατάξεις). Η συμπλήρωση της πληροφόρησης αλλά και η άρση των αβεβαιοτήτων έχουν δυναμική εξέλιξη στην προσέγγιση του μοντέλου: όσο περισσότερο γίνονται επενδύσεις σε εξοικονόμηση ενέργειας και νέες τεχνολογίες, τόσο πιο πολύ εξοικειώνονται με αυτές οι επενδυτές και τόσο πιο πολύ μηχανισμοί κοινωνικής μίμησης ευθυγραμμίζουν μεταξύ τους τις ιδιοσυγκρασιακές συμπεριφορές των επενδυτών, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνεται η τεχνολογία μέσω μαζικής παραγωγής και εκμάθησης. Οι πολιτικές παροχής κινήτρων για επενδύσεις εξοικονόμησης ενέργειας έχουν στην προσέγγιση του μοντέλου όχι μόνο ρόλο παροχής οικονομικών διευκολύνσεων αλλά και ρόλο μόχλευσης – εναύσματος (enabling conditions) του δυναμικού μηχανισμού εκμάθησης και άρσης των θεσμικών εμποδίων, πληροφόρησης και αβεβαιότητας. Με τον τρόπο αυτό η προσέγγιση τονίζει το ρόλο του κράτους ως μοχλού ανάπτυξης, ο οποίος στην οικονομική θεωρία εντοπίζεται στην επίτευξη θετικών εξωτερικοτήτων. Η μαθηματική αναπαράσταση περιλαμβάνει πολλαπλά εργαλεία πολιτικής, οικονομικά, και θεσμικά, τα οποία δρουν υπέρ της άρσης των εμποδίων ώστε να διευκολύνουν τις επενδύσεις και την επίτευξη ενεργειακής αποδοτικότητας στα κτήρια. Το μοντέλο έχει συμπεριλάβει επίσης τις υποχρεώσεις ρυθμιστικού χαρακτήρα της κείμενης νομοθεσίας, όσον αφορά τους οικοδομικούς κανονισμούς για τα νέα κτήρια (Οδηγία για την Ενεργειακή Απόδοση των Κτηρίων) και τα ελάχιστα πρότυπα ενεργειακής απόδοσης για τον ενεργειακό εξοπλισμό (Οδηγία για τον Οικολογικό Σχεδιασμό των Προϊόντων). Μαθηματικά το μοντέλο λύνει πρόβλημα δυναμικού προγραμματισμού για την επιλογή επενδύσεων το οποίο ενσωματώνεται σε πρόβλημα μη γραμμικής συμπληρωματικότητας, το οποίο αναπαριστά την ταυτόχρονη επίτευξη βέλτιστης ωφέλειας για τον καταναλωτή και ικανοποίησης των στόχων πολιτικής σχετικά με την ενεργειακή αποδοτικότητα, τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και το μερίδιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ). Το τελευταίο συνδέεται με τη διάδοση των αντλιών θερμότητας καθώς και άλλων τεχνολογιών ΑΠΕ που προκύπτουν από τη βελτιστοποίηση επενδύσεων. Η διατύπωση των επενδυτικών αποφάσεων στο μοντέλο είναι ιεραρχική και η επιλογή ενεργειακού εξοπλισμού για θέρμανση και ψύξη εξαρτάται από τις επιλογές ενεργειακής αναβάθμισης του κελύφους. Οι επιλογές ενεργειακού εξοπλισμού για θέρμανση επηρεάζουν με τη σειρά τους τις επιλογές για τις υπόλοιπες θερμικές χρήσεις. Η ύπαρξη φιλόδοξων κλιματικών και ενεργειακών στόχων στην ΕΕ βραχυπρόθεσμα και κυρίως η δέσμευση της ΕΕ να είναι η πρώτη κλιματικά ουδέτερη ήπειρος μέχρι το 2050, προϋποθέτει βαθύ μετασχηματισμό ολόκληρου του ενεργειακού συστήματος. Τα αποτελέσματα του μοντέλου αναφορικά με την εφαρμογή του σε διάφορα ζητήματα πολιτικής για την εξοικονόμηση ενέργειας έχουν ως κοινό υπόβαθρο φιλόδοξο κλιματικό στόχο, και παρέχουν βάση διαμόρφωσης ολοκληρωμένης πολιτικής για την ενεργειακή αποδοτικότητα στα κτήρια αλλά και της αξιολόγησής της από την οπτική της οικονομικότητας, αποτελεσματικότατης, εφικτότητας και κοινωνικών επιπτώσεων. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι η άρση των εμποδίων στην ενεργειακή αποδοτικότητα, είναι κομβικής σημασίας για το μετασχηματισμό του κτηριακού αποθέματος όπως απαιτείται στο πλαίσιο της μετάβασης προς την κλιματική ουδετερότητα. Οι κατάλληλες πολιτικές οικονομικών κινήτρων αλλά και οι θεσμικές πολιτικές άρσης εμποδίων είναι εξίσου απαραίτητες για να κινητοποιήσουν τις απαραίτητες επενδύσεις σε ενεργειακή αποδοτικότητα. Απλά θεσμικά μέτρα που σχετίζονται με την ενημέρωση και την πληροφόρηση των καταναλωτών, μπορούν να μοχλεύσουν επενδύσεις με αποτελεσματικότητα. Τα αποτελέσματα του μοντέλου δείχνουν επίσης ότι η ένταση των μέτρων πολιτικής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις υποθέσεις σχετικά με την άρση των εμπόδιων στην ενεργειακή αποδοτικότητα, το οποίο τελικά σημαίνει ότι τα εμπόδια στην ενεργειακή αποδοτικότητα επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τις καταναλωτικές επιλογές. Όσον αφορά τις εναλλακτικές λύσεις, τα αποτελέσματα του μοντέλου δείχνουν ότι οι βασικοί πυλώνες είναι η μεγάλης έντασης ενεργειακή αναβάθμιση του κελύφους των παλαιών κτηρίων και ο εξηλεκτρισμός της θέρμανσης. Άλλωστε, ο εξηλεκτρισμός της θέρμανσης συνάδει με την ενεργειακή αναβάθμιση των κτηρίων και έτσι γίνεται οικονομικά αποδοτικός. Ειδικά οι αντλίες θερμότητας καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια πολύ αποδοτικά και μπορούν να συμβάλουν στους στόχους για τις ΑΠΕ. Η χρήση των κλιματικά ουδέτερων καυσίμων (δηλαδή του υδρογόνου, του συνθετικού μεθανίου και του βιοαερίου) συνάδουν με την κλιματική ουδετερότητα, αλλά δεν μπορούν να υποκαταστήσουν το ρόλο της εξοικονόμησης ενέργειας. Τα συνθετικά καύσιμα ενέχουν τεχνικές και συστημικές αβεβαιότητες και είναι μεγάλης εντάσεως ηλεκτρικής ενέργειας με αποτέλεσμα να απαιτούν υπερβολικά εκτεταμένες επενδύσεις σε ΑΠΕ στο σύστημα ηλεκτροπαραγωγής αν στα κτήρια και σε άλλους τομείς δεν γίνεται εξοικονόμηση ενέργειας σε πολύ μεγάλη κλίμακα. Επιπλέον, η αβεβαιότητα που ενέχει η εξέλιξη των τιμών των κλιματικά ουδέτερων καυσίμων για τους τελικούς καταναλωτές, εξαίρει τη σημασία της συνεισφοράς της ενεργειακής αναβάθμισης των κτηρίων στο πλαίσιο του μετασχηματισμού προς την κλιματική ουδετερότητα, διότι η ενεργειακή αναβάθμιση μειώνει το συνολικό κόστος ενέργειας αλλά και τη δαπάνη αγοράς ενεργειακών προϊόντων. Η μείωση των λογαριασμών ενέργειας στα νοικοκυριά, στο πλαίσιο της επίτευξης κλιματικής ουδετερότητας, είναι οπωσδήποτε ένα πλεονέκτημα της στρατηγικής, όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα. Όμως η δυσκολία έγκειται στη συλλογή επενδυτικών κονδυλίων, γιατί η ενεργειακή αναβάθμιση των παλαιών κτηρίων, και μάλιστα μέχρι και σε σχεδόν παθητικά κτήρια, είναι εντάσεως κεφαλαίου. Το ίδιο συμβαίνει και με τον εξηλεκτρισμό της θέρμανσης. Αναδεικνύεται επομένως ως μεγάλης σημασίας η παροχή επιδοτήσεων ιδίως προς τους καταναλωτές με περιορισμένη δυνατότητα συλλογής επενδυτικών κονδυλίων. Τα αποτελέσματα του μοντέλου επιβεβαιώνουν τη σημασία των επιδοτήσεων για τη μόχλευση επενδύσεων. Όμως, τα αποτελέσματα δείχνουν επίσης ότι οι επιδοτήσεις οφείλουν να διαφοροποιούνται κατά εισοδηματική κατηγορία γιατί ενυπάρχει μεγάλη ασυμμετρία μεταξύ κατηγοριών σχετικά με τις επενδυτικές δυνατότητες. Η πολιτική επιδοτήσεων πρέπει να αμβλύνει τις διαφορές μεταξύ των κατηγοριών (όπως αυτές μπορούν να υπολογιστούν από το ποσοστό του εισοδήματος που τα νοικοκυριά δαπανούν για αγορά ενέργειας), ώστε να μοχλεύσει συνολικά μεγάλες επενδύσεις εξοικονόμησης ενέργειας. Κατά συνέπεια, ο σχεδιασμός των οικονομικών κινήτρων πρέπει να λάβει υπόψη τις κοινωνικές-οικονομικές διαφορές. Το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε επίσης για την αποτίμηση πολιτικής ρυθμιστικού χαρακτήρα η οποία επιβάλλει πρότυπα ενεργειακής απόδοσης (standards) στα κτήρια. Η ανάλυση καταδεικνύει την ανάγκη διαφοροποίησης των προτύπων κατά τύπο κτηρίου με πολλά κριτήρια. Τα αποτελέσματα όμως έδειξαν ότι η πολιτική προτύπων δεν καταφέρνει να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά τη διαφοροποίηση των δυνατοτήτων κατά εισοδηματική κατηγορία και ως προς αυτό υστερεί έναντι της πολιτικής οικονομικών κινήτρων. Αν και πρακτικά δεν είναι εφικτό, για λόγους ανάλυσης, στο πλαίσιο της διατριβής μελετήθηκε και η περίπτωση διαφοροποίησης των προτύπων ενεργειακής απόδοσης ανά κατηγορία νοικοκυριού και ενώ μια τέτοια πολιτική αμβλύνει τις κοινωνικές διαφορές μεταξύ των νοικοκυριών, ο προϋπολογισμός της πολιτικής αυτής γίνεται ιδιαίτερα υψηλός. Τίθεται επομένως ζήτημα βελτιστοποίησης της πολιτικής. Η διατριβή εντοπίζει και αναλύει θέματα προς περαιτέρω έρευνα. Θεωρεί μεγάλης σημασίας να γίνει προσπάθεια περαιτέρω εμβάθυνσης της προσέγγισης της περιορισμένης ορθολογικότητας με τρόπο ώστε να βελτιωθούν οι δυναμικές ιδιότητες του μοντέλου, σχετικά με την ανάδραση των πολιτικών επί των παραμέτρων που προσομοιώνουν τα εμπόδια στη λήψη ορθολογικών συμπεριφορών. Άλλος τομέας περαιτέρω έρευνας με μεγάλη σημασία αναδεικνύεται η προσομοίωση των τεχνικών και οικονομικών δυνατοτήτων αυτό-παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ, σε συνδυασμό με αποθήκευση και περιορισμό της ζήτησης, με παράλληλη δυναμική συμμετοχή στις αγορές, ιδίως από συμπλέγματα όμορων κτηρίων. Το μοντέλο της διατριβής και οι εφαρμογές του αποτέλεσαν αντικείμενο πρωτότυπων δημοσιεύσεων σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά μετά από κρίση και έτυχαν ερευνητικής χρηματοδότησης αλλά και αναγνωρισμένης εφαρμογής σε ανάλυση πολιτικών Κυβερνήσεων και της Ευρωπαϊκής Επιτροπής για τον τομέα των κτηρίων.	el
heal.abstract	The research in the PhD thesis focused on the development and computational construction of an energy economy model for the projection of energy consumption and energy efficiency in the buildings sector. The model conception aims to build a tool suitable for analysing ambitious energy efficiency policies and measures in detail as needed in achieving ambitious energy and climate targets in the long term. For the research in the PhD thesis, the arithmetic implementation of the model covered all European Union (EU) countries individually. The model’s data include segmentation of each country's residential and services sector buildings into many categories to represent the building and consumer classes differently. The detailed segmentation of the building stock, together with the discrete choice theory applied by the model to simulate investment decisions for energy efficiency in buildings, captures the heterogeneity of consumer choices and idiosyncratic behaviours that are inherent characteristics of energy demand in buildings. The modelling approach represents consumer behaviours regarding the optimal choice of technological equipment and the undertaking of energy-saving investments by considering engineering and economic constraints while in the presence of multiple barriers that impede and distort optimality behaviours. The systematic integration of barriers affecting optimal choices builds essentially on the theory of bounded rationality: asymmetric information, uncertainties and non-market barriers lead to apparently sub-optimal choices from an engineering perspective but are perfectly consistent from the individual’s perspective. In this manner, the model builds causality between policy instruments aiming to improve energy efficiency by acting on removing barriers and driving individuals closer to engineering optimality. Furthermore, capturing the idiosyncratic behaviours through the detailed segmentation of the buildings and consumers into many classes is also important for the accurate modelling of the way targeted policy instruments may effectively drive energy efficiency improvement. Finally, the use of discrete choice theory functional forms in the model also aims at capturing the heterogeneity of investment behaviours. The combination of the representation of barriers, the mathematical formulation and the detailed segmentation are the distinctive original features of the model proposed by the PhD research. The numerous numerical applications of the model have greatly helped to fine-tune the approach and test its robustness in policy analysis and impact assessment studies. The model splits the non-market barriers into real "hidden" costs and issues related to the access to capital resources and to elements that do not have a direct payable or “true” cost. The non-market barriers can broadly be split in three groups: (a) asymmetric information, (b) uncertainty about the financial and technical performance of investment options (including the high opportunity cost of equity and debt), and (c) regulatory uncertainty. The removal of uncertainty factors as well as the institutional measures have a dynamic evolution in the model: the more energy efficiency investments are undertaken, the more consumers realize the benefits of these investments, while at the same time there is technological development as a result of economies of scale and learning factors. In the modelling, the actively incentivizing policies not only provide the necessary economic incentives to trigger energy efficiency investments, but they also constitute conditions enabling the dynamic removal of non-market barriers. In this way the approach emphasizes the role of the state as a lever of growth, which in economic theory is supposed to achieve positive externalities. A detailed portrayal of policies specific to the building sector is included in the model, comprising economic and institutional policies and measures, that remove the barriers and improve consumers’ perception regarding the benefits of energy efficiency. The model also includes the regulatory obligations prescribed in the current legislation regarding the energy performance standards for new buildings (Energy Performance of Buildings Directive) and the minimum energy efficiency standards for energy equipment (Eco-Design Directive). Mathematically, the model solves a dynamic programming problem for energy efficiency investment decisions which is integrated into a mixed complementarity problem that represents the simultaneous achievement of maximum utility for the consumer and the achievement of the policy objectives regarding energy efficiency, CO2 emissions and renewables (RES). The latter is linked to the penetration of heat pumps as well as other RES technologies resulting from investment optimization. The formulation of investment decisions in the model is hierarchical and the choice of energy equipment for space heating and cooling depends on the energy renovation of the building envelope. In turn, the choices of energy equipment for space heating affect the choices for other thermal uses. The ambitious energy and climate targets that the EU had set in the short term and, most importantly, the EU's commitment to reach climate neutrality by 2050, imply that the entire energy system needs to undergo a substantial transformation. The results of the model from its application into various policy questions that all have in common the climate neutrality goal, can give an insight to policy makers on how to ensure a cost-effective, resilient and fair transformation of energy consumption in the buildings sector. The model results confirm that the removal of barriers to energy efficiency is of utmost importance for the transformation of energy consumption in the buildings sector. Economic and regulatory policies remove the non-market barriers, in addition to providing the right incentives or disincentives to mobilize the necessary investments in energy efficiency. Beyond that, institutional measures related to consumer information and knowledge can lead to an effective policy framework. The results of the model show that the intensity of policy measures is highly dependent on the assumptions about the removal of barriers to energy efficiency, which ultimately means that barriers to energy efficiency greatly influence consumer choices. Regarding alternative strategies that can lead to the substantial transformation of energy consumption in buildings, the results of the model show that the main pillars are the deep renovation of old buildings and the electrification of heating. The electrification of heating in particular is consistent with the improvement of the thermal performance of buildings and is, at the same time, a cost-effective choice. In fact, heat pumps consume electricity very efficiently and can contribute to the RES targets. The climate-neutral fuels (i.e., hydrogen, synthetic methane, and biogas), of course, contribute to the transition towards climate neutrality, but cannot be a substitute of energy efficiency. This is, not only because high uncertainty surrounds the evolution of the technologies that produce the synthetic fuels, but also because they are highly electricity-intensive and need excessively high RES power capacities. They would imply considerable stress for the power generation system, if developed as much as needed to meet today’s energy needs of the buildings without consideration of high energy efficiency improvement. Also, the uncertainty surrounding the development of the end-user prices of the climate-neutral fuels further underlies the importance of renovation of buildings in the context of the transition to climate neutrality, as renovations reduce energy bills making consumers less exposed to the uncertain development of the prices of climate-neutral fuels. The reduction of energy bills of households, in the context of the transition to climate neutrality, is definitely an advantage of the energy efficiency strategy. However, fundraising to renovate the housing stock towards reaching a “passive” house standard in the entire stock is a challenge, in particular for the majority of households with limited access to cash flow. Therefore, the policy strategy for energy efficiency requires appropriately designed instruments to subsidize investment and facilitate fundraising up to ensuring that all households can invest in energy efficiency. It is therefore of great importance to provide subsidies, especially to consumers with limited access to capital funding resources. The results of the model confirm the importance of subsidies to incite energy efficiency investments. However, the results also show that subsidies should be differentiated by income class because there is a large asymmetry between income categories related to investment possibilities. The subsidization policy should mitigate the social differences across consumer classes (as they can be calculated by the ratio of energy bills over income) for leveraging large energy-saving investments for the entire household sector. Therefore, the energy policy design must consider socio-economic differences across consumer classes. The model was also used to evaluate the application of regulatory policy instruments consisting of raising stringent energy efficiency standards for buildings. The analysis demonstrates the need to differentiate the level of the standard by type of building using several criteria to categorize the building types appropriately. The results, however, showed that the policy based on standards fails to effectively handle the limited fundraising possibilities of the various income categories. To this respect, an instrument based on standards is inferior compared to the policy based on subsidies. Combining standards with differentiated fundraising instruments is more cost-effective. However, it is impractical to differentiate the level of standards based on social criteria; nonetheless, this policy option has also been analyzed with the model, for research purposes. The PhD thesis identifies and analyzes topics for further research. Regarding the modelling approach, enhancing the representation of bounded rationality is an important, yet unexploited, research area. The enhancement would include an endogenous feedback effect of policies and investment accumulation on the parameters that represent the non-market barriers to energy efficiency, so as to close the loop of the dynamic adjustment process. Another area of further research is the simulation of the technical and economic possibilities of self-production of energy from RES, in combination with storage, energy efficiency and demand response, particularly for blocks of houses or buildings, together with dynamic participation in the power market. The model presented in the PhD thesis and its applications has been published in international scientific journals after peer review. The research has been funded by research programs and the model has been used in several applications to support impact assessment studies and analyses for Governments and the European Commission.	en
heal.advisorName	Κάπρος, Παντελής	el
heal.advisorName	Capros, Pantelis	en
heal.committeeMemberName	Βουρνάς, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Κορρές, Γεώργιος
heal.committeeMemberName	Γεωργιλάκης, Παύλος
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος
heal.committeeMemberName	Ψαρράς, Ιωάννης
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήρης
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	307
heal.fullTextAvailability	false