Cities play a crucial role in sustainable energy system transformation. Urban energy systems account for 75% of global primary energy use, and 70% of global greenhouse gas (GHG) emissions (IEA, 2021). There is currently a large, untapped potential for reducing both energy demand and emissions by focusing measures on one of the largest consumers of energy: buildings. In North Macedonia, there is an estimated energy savings potential of 57% in the residential sector, and 29% in the public service sector (Apostolska et al., 2020). In the midst of the country’s ambitious targets of decreasing energy demand and GHG reductions, the city of Bitola is in the process of developing an action plan for a sustainable transition of the city. For this purpose, there is a need to investigate the current challenges in the energy system of the city and to evaluate potential future pathways to address these challenges, with a focus on the built environment. In this thesis, a city-scale urban building energy model (UBEM) of the city of Bitola was developed using the software City Energy Analyst (CEA). This involved modeling a total of 14 024 buildings in the city ranging from residential buildings to commercial and industrial facilities. Out of these 14 024 buildings, 10 792 were included in the analysis after excluding abandoned buildings which account for an estimated 25% of the total residential building stock. One Baseline scenario based on the current energy use in the built environment in the city, and four scenarios investigating building retrofit measures and alternative heating solutions were developed for the time period 2023-2040 which were then assessed based on three key performance indicators (KPIs). A 2% implementation rate was used for the measures included in the scenarios, resulting in a total of 34% of the buildings being included in the scenario assessment. The scenarios included in the analysis are Business-as-Usual (BAU), decentralized natural gas boilers (NGB), district heating (DH) and decentralized heat pumps (HP). The KPIs include the total primary energy demand, the total operational CO2 emissions, and the economic performance of the system, measured as a net present value (NPV). All scenarios were also evaluated with and without solar photovoltaic (PV). The results showed the BAU scenario to be the lowest performing scenario for all three KPIs, while the HP scenario showed to be the best-performing scenario regarding the reduction of energy demand and CO2 emissions, with a 99% reduction of CO2 emissions and a 65% lower energy demand than in the baseline year. However, this comes at a relatively high cost compared to the other scenarios. The DH and NGB scenarios performed moderately regarding demand and CO2 emission savings while performing better from an economic standpoint. All scenarios showed a low share of buildings on an individual level having a positive NPV, thus failing to reach a positive total NPV for the entire system. On the other hand, the sensitivity analysis demonstrated how a reduction of the capital expenditure (CAPEX) led to a positive NPV for all scenarios with PV, and for all scenarios except BAU without PV. This indicates that subsidies provided by local or national stakeholders could result in a profitable investment. Two important conclusions can be drawn from the results: firstly, taking any action and implementing either of the HP, NGB and DH scenarios will be more beneficial than taking no action, and secondly, the sustainable development of the city needs to be led by the local municipality, as well as national stakeholders to enable a long-lasting transition. / Städer spelar en avgörande roll för omställningen till hållbara energisystem. Energisystem i städer står för 75% av den globala primära energianvändningen och 70% av de globala växthusgasutsläppen (IEA, 2021). För närvarande finns det en stor, outnyttjad potential för minskning av både energibehov och utsläpp genom att fokusera på åtgärder för en av de största energikonsumenterna: byggnader. I Nordmakedonien uppskattas det finnas potential för energibesparingar på 57% i bostadssektorn och 29% i offentlig sektor (Apostolska et al., 2020). I samband med landets ambitiösa mål om att minska energianvändning och växthusgasutsläpp genomgår staden Bitola för närvarande en process för att utveckla en handlingsplan för en hållbar omställning av staden. För detta ändamål krävs en undersökning av de aktuella utmaningarna i stadens energisystem och utvärdering av potentiella framtida riktningar för att möta dessa utmaningar, med fokus på den bebyggda miljön. I detta examensarbete utvecklades en modell i stadsskala av energianvändningen i byggnader för staden Bitola i Nordmakedonien med hjälp av programvaran City Energy Analyst (CEA). Modellen omfattade totalt 14 024 byggnader, från bostadshus till kommersiella och industriella fastigheter. Då 25% av stadens bostadsbyggnader uppskattas vara övergivna ingick totalt 10 792 byggnader i den slutgiltiga analysen. Ett basscenario som beskriver dagens energianvändning i byggnaderna, och fyra framtida scenarier, som omfattar energieffektiviseringsåtgärder och alternativa värmesystem, utvecklades för tidsperioden 2023-2040. En implementeringstakt om 2% av byggnadsbeståndet, vilket resulterade i att totalt 34% av byggnadsbeståndet inkluderades i scenarioanalysen. De fyra framtida scenarierna som ingick i analysen är Business-as-Usual (BAU), decentraliserade gasvärmepannor (NGB), fjärrvärme (DH) och decentraliserade värmepumpar (HP). Scenarierna bedömdes med hjälp av tre nyckeltal (KPI:er): den totala primärenergianvändningen, de totala operativa CO2 utsläppen och den ekonomiska prestandan, mätt som investeringens nu värde (NPV). Samtliga scenarier utvärderades med och utan implementering av solceller. Resultaten visade att scenariot BAU presterade sämst för alla tre KPI:er, medanHP-scenariot visade sig vara det bäst presterande scenariot för minskning avenergibehovet och CO2-utsläppen, med 99% minskning av CO2-utsläpp och 65%lägre energianvändning jämfört med basscenariot. Dock är detta förknippat medrelativt höga kostnader jämfört med de andra scenarierna. DH- och NGB-scenariotpresterade måttligt gällande besparing av energibehov och CO2-utsläpp, samtidigt somde presterade bättre ur ett ekonomiskt perspektiv. Alla scenarier resulterade i en lågandel av byggnader på individuell nivå med ett positivt NPV, vilket innebär att demisslyckas med att nå ett positivt totalt NPV för hela systemet. Å andra sidan visadekänslighetsanalysen att en minskning av investerings kostnaderna (CAPEX) ledde tillett positivt NPV för alla scenarier med solceller, och för alla scenarier utom BAU utan solceller. Detta indikerar att subventioner från lokala och nationella aktörer kan leda till en lönsam investering. Två viktiga slutsatser kan dras från dessa resultat: för det första, att vidta åtgärder och implementera något av HP-, NGB- eller DH-scenariot är mer fördelaktigt än att inte vidta några åtgärder, och för det andra, behöver den hållbara utvecklingen av staden ledas av den lokala kommunen samt nationella aktörer för att möjliggöra en långvarig omställning.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-330328 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Andersson, Emilie, Höijer, Hillevi |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2023:348 |
Page generated in 0.0026 seconds