In early 2024 the National Aeronautics and Space Administration (NASA) informed that 2023 has been the so far warmest year on record, with global temperatures being 1.2 degrees Celsius above the baseline. To limit further increases in global temperatures a strong reduction in greenhouse gas emissions is required. 70 percent of the anthropogenic greenhouse gas emissions are caused by the use of energy. This implies that to reduce anthropogenic greenhouse gas emissions a radical change in how humankind uses energy is required. Research shows that the necessary technologies for decarbonizing the energy system are available. It hence is on societies to carry out the relevant transitions. These transitions are complex to implement and require sophisticated planning to maximise the speed of emission reductions and limit social, economic, and environmental implications. Energy models are broadly used tools for energy systems planning in the scientific literature and in the policy making processes. However, energy models are complex tools that require training and expertise to be used in a meaningful way. The capability to communicate between energy modelling community and policy makers and society in general is therefore important for planning the energy transition. But at the same time the increasing interrelatedness of energy sectors and the increasing variability on the supply side with the expanding use of renewable energies lead to increasing complexity in the energy sector. Energy models aim to reflect these complexities and hence the complexity of models increases as well. This leads to an increasing challenge in communicating the results of energy models.

This dissertation provides methodological advances and energy modelling infrastructure to bridge the gap between energy modelling community and policy makers and stakeholders. The thesis investigates on an example model how energy system models can be set-up to facilitate the usage by inexperienced modellers and collaboratively. This model is then compared with a wide range of established models in the field to assess its performance. In a next step the implications of different foresight horizons in long-term planning models and the capability to model disruptive events are explored. This allows capturing potential challenges in policy design for the achievement of long-term goals. And lastly the thesis investigates the possibility to let non-modellers explore the dynamics of energy models via a game linked to an energy model.

In summary, the thesis identifies different means and options to bridge the energy modelling policymaking gap and facilitate a better understanding of energy models and their dynamics. This might facilitate the discussion for evidence based policy making using energy modelling.

I början av 2024 informerade National Aeronautics and Space Administration (NASA) att 2023 hade varit det hittills varmaste året någonsin, med globala medeltemperaturer på 1,2 grader Celsius över baslinjen. För att begränsa ytterligare ökningar av den globala temperaturen krävs en kraftig minskning av utsläppen av växthusgaser. 70 procent av de antropogena utsläppen av växthusgaser orsakas av olika sorters energianvändning. Detta innebär att en minskning av antropogena växthusgaser kräver en radikal förändring av hur vi använder vår energi. Forskning visar att den nödvändiga teknologin för att minska koldioxidutsläppen i energisystemet finns tillgänglig. Det är därför upp till olika samhällen att genomföra omställningen. Detta kan vara komplicerat att genomföra, och kräver effektiv planering för snabb utsläppsminskning där negativa sociala, ekonomiska och miljömässiga konsekvenser minimeras. Energimodeller är brett använda verktyg för planering av energisystem i den vetenskapliga litteraturen och i politiska beslutsprocesser. Energimodeller är dock komplexa verktyg som kräver utbildning och expertis för att kunna användas på ett meningsfullt sätt. För planering av energiomställningen är det därför viktigt att systemanalytiker kan kommunicera utformning av, och resultat från energimodeller med beslutsfattare och samhället i stort. Samtidigt ökar komplexiteten i energisektorn till följd av sektorsamverkan samt fler alternativ på produktionssidan, t ex via förnybara alternativ som sol och vind. Detta leder till större utmaningar för att kommunicera resultaten av energimodeller.

Denna avhandling presenterar metodologiska framsteg och energimodelleringsinfrastruktur för att överbrygga klyftan mellan energianalytiker som arbetar med modeller, beslutsfattare och intressenter. Avhandlingen undersöker på en exempelmodell hur energisystemmodeller kan sättas upp för att underlätta användningen för oerfarna modellerare och på ett kollaborativt sätt. Denna modell jämförs sedan med en rad etablerade modeller inom området för att bedöma dess funktion. I ett nästa steg utforskas konsekvenserna av olika framtidsperspektiv i långsiktiga planeringsmodeller och förmågan att modellera disruptiva händelser. Detta gör det möjligt att fånga utmaningar i policyutformningen så att uppnå långsiktiga mål. Slutligen undersöker avhandlingen möjligheten för aktörer utan rörande modellen kan utforska dynamiken i energimodeller via ett spel kopplat till en energimodell.

Sammanfattningsvis identifierar avhandlingen olika alternativ för att överbrygga klyftan mellan energimodellering och politik för att på så vis underlätta förståelsen av energimodellerna och deras dynamik. Detta kan främja diskussionen kring evidensbaserad politik med hjälp av energimodellering.

Anfang 2024 teilte die National Aeronautics and Space Administration (NASA) mit, dass 2023 das bisher wärmste Jahr seit Beginn der Wetteraufzeichnungen war und die globalen Temperaturen 1,2 Grad Celsius über dem Basiswert lagen. Um einen weiteren Anstieg der globalen Temperaturen zu begrenzen, ist eine starke Reduzierung der Treibhausgas-emissionen erforderlich. 70 Prozent der menschen-gemachten Treibhausgasemissionen werden durch die Nutzung von Energie verursacht. Dies bedeutet, dass zur Reduzierung der menschengemachten Treibhausgas-emissionen eine radikale Änderung der Art und Weise wie die Menschheit Energie nutzt erforderlich ist. Untersuchungen zeigen, dass die notwendigen Technologien zur Dekarbonisierung des Energiesystems verfügbar sind. Es liegt daher an den Gesellschaften, die entsprechenden Veränderungen vorzunehmen. Diese Veränderungen sind komplex umzusetzen und erfordern eine ausgefeilte Planung, um die Geschwindigkeit der Emissionsreduzierung zu maximieren und die sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen zu begrenzen. Energiemodelle sind in der wissenschaftlichen Literatur und in den politischen Entscheidungsprozessen weit verbreitete Werkzeuge für die Planung von Energiesystemen. Energiemodelle sind jedoch komplexe Werkzeuge, die Schulung und Fachwissen erfordern, um sinnvoll eingesetzt zu werden. Die Fähigkeit zur Kommunikation zwischen dem Feld der Energiemodellierung, den politischen Entscheidungsträgern und der Gesellschaft im Allgemeinen ist daher für die Planung der Energiewende wichtig. Gleichzeitig führt die zunehmende Vernetzung der Energiesektoren und die zunehmende Variabilität auf der Produktionsseite durch zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energien zu einer zunehmenden Komplexität im Energiesektor. Energiemodelle zielen darauf ab, diese Komplexitäten abzubilden, und daher nimmt auch die Komplexität der Modelle zu. Dies führt zu einer zunehmenden Herausforderung bei der Kommunikation der Ergebnisse von Energiemodellen.

Diese Dissertation bietet methodische Fortschritte und eine Infrastruktur zur Energiemodellierung, um die Kluft zwischen dem Feld der Energiemodellierung und politischen Entscheidungsträgern und Interessengruppen zu überbrücken. Die Arbeit untersucht anhand eines Beispielmodells, wie Energiesystemmodelle gestaltet werden können, um die Verwendung durch unerfahrene Modellierer und Kooperation zu erleichtern. Dieses Modell wird dann mit einer Gruppe von etablierten Modellen verglichen, um seine Leistungsfähigkeit zu bewerten. In einem nächsten Schritt werden die Auswirkungen unterschiedlicher Planungshorizonte in langfristigen Planungsmodellen und die Fähigkeit zur Modellierung disruptiver Ereignisse untersucht. Dies ermöglicht die Erkennung von potenziellen Herausforderungen durch kurzsichtige Entscheidungen in der Entwicklung von gesetzlichen Rahmenbedingungen zur Erreichung langfristiger Ziele. Und schließlich untersucht die Arbeit die Möglichkeit, Nicht-Modellierer die Dynamik von Energiemodellen über ein mit einem Energiemodell verknüpftes Spiel erkunden zu lassen.

Zusammenfassend identifiziert die Arbeit verschiedene Mittel und Optionen, um die Kluft zwischen Energiemodellierung und Politik zu schließen und ein besseres Verständnis von Energiemodellen und ihrer Dynamik zu ermöglichen. Dies könnte die Diskussion über evidenzbasierte Politik mithilfe von Energiemodellierung erleichtern.