Energy infrastructure and appropriate energy policies are crucial for sustainable development and to meet Sustainable Development Goals (SDGs). Limiting global warming potential below 1.5oC would require “rapid and far-reaching” transitions and unprecedented changes in all aspects of society. Several factors influence investment decisions on energy conversion technologies and their specific locations. The choice, timing, and location of energy investments affect the total system cost, socio-economic development, the environment (e.g., emissions, water use), and a nation's energy security. However, existing national energy modelling initiatives only investigate a subset of these pillars for achieving sustainability.

This thesis examines the challenges associated with the energy transition of low-and middle-income countries (Paraguay, Ethiopia, Africa). This work considers national and global policies, focusing on achieving SDG7 and SDG13. The dissertation includes a cover essay and four appended papers. The research conducted in this Thesis examines how energy-systems models can assist in understanding an energy system's complex interactions for sustainable development.

Specifically, the results highlight hydropower and solar PV as key technologies to achieve climate change targets, energy security and energy access goals. Hydropower and other renewable electricity can be exported to bolster energy security for the exporting country, although export revenues are eroded by local demand growth and low export prices. The benefits of low-cost electricity provided by cross-border hydropower should be balanced against energy security concerns for the importing country. The research demonstrates the benefits of regional coordination, with trade enabling renewable resources to be harnessed and the electricity transmitted to demand centres. Although RET decreases carbon dioxide emissions and water use compared to fossil-fuel plants and creates more jobs, they require high up-front capital costs offset by the lower operating fuel costs in the long term. Thus, increasing the ambition of climate targets while achieving electricity access results in lower cumulative costs. Also, although hydropower and renewable technologies build climate resilience, hydropower operation depends on climate variability affecting energy security. Thus, mitigation strategies should consider the associated challenges of climate change in hydropower investments.

Hydropower and renewables are primarily grid-connected technologies, so off-grid and mini-grid systems are key complements to national-grid expansion when pushing for universal energy access. They also impact energy security, total system costs and socio-economic development. 

This Thesis's outcomes can support governments in strategic energy planning to identify future renewable energy projects and ensure their financial viability. Energy systems in their transition need to be affordable, reliable and sustainable (e.g., energy secured, combat climate change) by being climate-resilient. The thesis findings demonstrate that nations need integrated energy planning, accounting for the geospatial characteristics of energy technologies, and water resources management to achieve SDG7 and build climate-resilient (SDG13). A broad portfolio of renewable technologies, interconnectors and a decentralized power generation system providing electricity closer to the end-user demand is needed to enhance energy security, decrease environmental pressures and provide affordable electricity for a nation.

Energiinfrastruktur och lämplig energipolitik är avgörande för att uppnå de globala målen för hållbar utveckling (SDG). Att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 ᵒC kräver "snabba och långtgående" övergångar och förändringar utan motstycke i alla aspekter av samhället. Flera faktorer påverkar investeringsbeslut och val av plats för olika energiomvandlingsteknologier. Energiinvesteringar, deras tidpunkt och plats påverkar den totala systemkostnaden, socioekonomisk utveckling, miljön (t.ex. utsläpp, vattenanvändning) och en nations energisäkerhet. Befintliga nationella initiativ för energimodellering undersöker dock bara en delmängd av dessa aspekter.Denna avhandling undersöker utmaningarna i samband med energiomställningen i låg- och medelinkomstländer (mer specifikt Paraguay, Etiopien och övriga länder i Afrika). Detta arbete tar hänsyn till nationell och global policy, med fokus på att uppnå SDG7 och SDG13. Avhandlingen innehåller en omslagsuppsats och fyra bifogade artiklar. Forskningen i denna avhandling undersöker hur energisystemmodeller kan hjälpa till för att öka förståelsen av ett energisystems komplexa interaktioner för hållbar utveckling.

Specifikt lyfter resultaten fram vattenkraft och solenergi som nyckelteknologier för att uppnå målen gällande klimatförändringar, energisäkerhet och energitillgång. Vattenkraft och annan förnybar el kan exporteras för att stärka energitryggheten för exportlandet, även i fallen då exportintäkterna urholkas av lokal efterfrågetillväxt och låga exportpriser. Fördelarna med lågprisel från gränsöverskridande ledningar bör vägas mot energisäkerhetsproblem för importlandet. Forskningen visar fördelarna med regional samordning, handel som möjliggör att förnybara resurser kan utnyttjas och elen överföras till områden med hög efterfrågan av energi. Även om förnybar teknologi kräver höga initiala investeringar, minskar de koldioxidutsläppen och vattenanvändningen jämfört med fossilbränsleanläggningar, samt skapar fler jobbtillfällen och har lägre bränslekostnader. Att höja ambitionen med klimatmål samtidigt som man uppnår eltillgång resulterar således i lägre kumulativa kostnader. Även om vattenkraft och annan förnybar teknik bygger klimattålighet, påverkas vattenkraftdriften på klimatförändringar som påverkar energisäkerheten. Därför bör klimatåtaganden ta vattenkraften i beaktande.

Vattenkraft och förnybar energi är i första hand nätanslutna tekniker, därmed är lokala elnät viktiga komplement till nationell nätexpansion när man strävar mot universell tillgång till energi. De påverkar också energisäkerhet, totala systemkostnader och socioekonomisk utveckling.

Resultaten av denna avhandling kan stödja regeringar i strategisk energiplanering för att identifiera framtida projekt för förnybar energi och säkerställa deras ekonomiska bärkraft. Energisystem i sin övergång måste vara ekonomiskt överkomliga, tillförlitliga och moderna (t.ex. energisäkrade, bekämpa klimatförändringar) genom att vara klimattåliga. Resultaten av denna avhandling visar att nationer behöver integrerad energiplanering med hänsyn till olika teknologiers geospatiala egenskaper och vattenanvändning för att uppnå SDG7 och bygga klimattåligt (SDG13). En bred portfölj av förnybar teknik, och ett decentraliserat kraftgenereringssystem som tillhandahåller elektricitet närmare slutanvändarna behövs för att öka energisäkerheten, minska miljötrycket och tillhandahålla elektricitet till överkomligt pris.