Die Welt steht vor der Herausforderung einer Transformation zu nachhaltigen Energiesystemen, also einer großen Energiewende. Dies bedeutet auch, die nationalen und internationalen Energie-, Klima- und Umweltpolitiken zu integrieren und konsequent auf eine Transformation der Energiesysteme auszurichten. Darüber hinaus kann die Energiewende viele Begleitnutzen für alle Ziele der Nachhaltigkeit mit sich bringen.
Diese weltweite Energiewende stellt wohl eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Deren Zielsetzung ist die (weitgehende) Dekarbonisierung des globalen Energiesystems bis zur Jahrhundertmitte durch eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz, einen Rückgang des absoluten Energieverbrauchs und die Umstellung auf erneuerbare und kohlenstofffreie Primärenergiequellen.
Eine grundlegende Transformation des Energiesystems braucht ein Verständnis des Energiesystems, das die Nutzung von Energie in den Mittelpunkt stellt und grundlegende strukturelle Veränderungen im Energiesystem ermöglicht. Zentrale Bereiche im Energiesystem sind Energiedienstleistungen u. a. für Gebäude und Mobilität, die mit unterschiedlichen Technologien und Strukturen bereitgestellt werden und deren Energiebedarf mit innovativen Transformationstechnologien emissionsfrei gedeckt wird. Thermisch effiziente Gebäude können eine Funktion als Energieerzeuger und/oder -speicher haben und über Netze, die sowohl Strombezug wie auch die Einspeisung ermöglichen, in das Energiesystem eingebunden sein und so Teil einer zeitgemäßen Energieinfrastruktur werden.
Verschränkte Mobilität bezieht alle Verkehrsmittel ein, verringert den Verkehrsbedarf und Emissionen durch Elektromobilität, Teleworking oder die Substitution von Dienstreisen durch digitale Tele-Konferenzen. Autonome Verkehrsmittel können weitere Verbesserungen der Effizienz mit sich bringen, aber auch neue Herausforderungen wie z. B. juristische und Haftungsfragen beim Einsatz autonomer Systeme aufwerfen.
Verschiedene Technologien weisen eine unterschiedliche Energieausbeute (Wirkungsgrade) und verschiedene Treibhausgasemissionen auf. Mit welchen Technologien und mit welchen Energieflüssen energierelevante Dienstleistungen bereitgestellt werden, hat weitreichende ökonomische Auswirkungen. Diese wirtschaftlichen Effekte einer Transformation des Energiesystems betreffen die Investitions- und Betriebsphase sowie ihre Wechselwirkungen und müssen in der Zusammenschau dieser Aspekte beurteilt werden. In der Investitionsphase sind Ausgaben für Technologien und Kapitalstöcke zu berücksichtigen, in der Betriebsphase die Kosten für den laufenden Betrieb.
Für eine verbesserte Energieeffizienz und die Umstellung auf erneuerbare Energien müssen hohe Anfangsinvestitionen getätigt werden. Diese Investitionen beinhalten zugleich große Chancen, da im Zuge der Transformation strategische Innovationen ausgelöst werden und neue Märkte entstehen können. Die Investitionen in erneuerbare Energietechnologien und Energieeffizienz können außerdem durch Einsparungen der Kosten für fossile Brennstoffe bei konventionellen Technologien zum großen Teil kompensiert werden, da die erneuerbaren Energiesysteme niedrigere Betriebskosten haben. Eine integrierte Betrachtung des Energiesystems ist die Grundlage, die Bevorzugung fossiler Energie aufgrund bereits getätigter früherer Investitionen, mögliche Investitionen, die sich im Nachhinein als unnötig herausstellen, und andere finanzielle Verluste zu vermeiden. Gleichzeitig wird es aufgrund der Versorgungssicherheit nötig sein, Netze und Speicher so auszulegen, dass das Energiesystem – auch im europäischen Verbund – verlässlich, resilient und leistbar für Menschen und Betriebe funktioniert.