Centralizirani toplinski sustavi imat će važnu ulogu u energetskoj tranziciji EU-a i postizanju ciljeva energetske učinkovitosti i dekarbonizacije definiranih za 2030. te ostvarivanju klimatske neutralnosti do 2050. Centralizirani toplinski sustavi mogu integrirati obnovljive izvore energije i niskotemperaturnu otpadnu toplinu korištenjem dizalica topline u kombinaciji sa spremnicima topline. To ih čini ključnom komponentom u budućim energetskim sustavima gdje će balansiranje elektroenergetskih mreža imati važnu ulogu. Unatoč ovim kvalitetama, centralizirani toplinski sustavi još uvijek nisu prepoznati kao primarni izvor grijanja u gusto naseljenim urbanim područjima. Zbog relativno niske cijene i razvijenih distribucijskih mreža, prirodni plin često je glavni izvor grijanja u brojnim gradovima EU-a. Korištenje prirodnog plina za grijanje prostora rezultira visokim eksergetskim gubicima i predstavlja loše upravljanje energetskim resursima. Zbog toga bi njegova upotreba u energetskoj tranziciji trebala biti rezervirana za industrijske procese koji je teško dekarbonizirati ili za proizvodnju električne energije u kogeneracijskim elektranama. Glavni je cilj ove doktorske disertacije definirati tržišne uvjete u kojima su centralizirani sustavi bolji od individualnih plinskih bojlera uzimajući u obzir ekonomske, ekološke i eksergetske kriterije. Treba spomenuti da se eksergijska analiza obično koristi za proučavanje termodinamičkih procesa, ali se rijetko uzima u obzir u energetskom planiranju. U tu svrhu razvijena je nova metoda višeciljne optimizacije koja se temelji na mješovitom cjelobrojnom linearnom programiranju, kojom se mogu pronaći optimalni kapaciteti proizvodnih jedinica i optimalno satno vođenje sustava za čitavu godine. Funkcije cilja definirane su kao minimiziranje ukupnih troškova, minimiziranje emisija ugljikova dioksida i maksimiziranje eksergetske učinkovitosti. Za rješavanje problema višeciljne optimizacije korištena je metoda epsilon ograničenja. Alokacija troškova i emisija u kogeneracijskim jedinicama provedena je metodom gubitka snage. Ona se temelji na smanjenju električne snage uslijed proizvodnje topline. Gubitak snage se zatim prevodi u troškove i emisije ugljikovog dioksida alocirane proizvodnji topline u kogeneracijskim jedinicama. Dobiveni rezultati pokazali su da integracija varijabilnih obnovljivih izvora na tržištima električne energije ima pozitivan utjecaj na sustave daljinskog grijanja jer će omogućiti veće kapacitete dizalica topline koji su ujedno i troškovno prihvatljivi. Nadalje, uključivanje aktivnih kupaca topline i razvoj tržišta topline mogu osigurati smanjenje cijena toplinske energije. Uz to, doktorski rad je kvantificirao prednosti integracije sustava daljinskog grijanja i hlađenja korištenjem višeciljne optimizacije. Također, razvijen je model centraliziranog toplinskog sustava koji uzima u obzir eksergijske gubitke prevedene u trošak sustava. Procijenjen je utjecaj troška eksergije na istiskivanje kotlova na prirodni plin iz troškovno optimalnog rješenja. Konačno, analiziran je utjecaj alokacije emisija i troškova u kogeneracijskim jedinicama. U disertaciji se definirao raspon cijena prirodnog plina za koje su daljinska rješenja superiornija od individualnog grijanja. Pokazano je da su centralizirani toplinski sustavi temeljeni na kogeneraciji ekonomski, ekološki i eksergijski bolji od individualnih kotlova na prirodni plin, čak i za niske cijene prirodnog plina u kućanstvima.