Электрификация сельской местности

Электрификация сельской местности – это процесс подачи электроэнергии в сельские и отдаленные районы. Сельские общины страдают от колоссальных рыночных сбоев , поскольку национальные сети не удовлетворяют их потребности в электроэнергии. По состоянию на 2019 год 770 миллионов человек живут без доступа к электричеству – 10,2% мирового населения. Электрификация обычно начинается в больших и малых городах и постепенно распространяется на сельские районы, однако в развивающихся странах этот процесс часто сталкивается с препятствиями. Расширение национальной сети обходится дорого, и странам постоянно не хватает капитала для развития существующей инфраструктуры. Кроме того, амортизацию капитальных затрат для снижения удельной стоимости в малонаселенных районах труднее осуществить на душу населения каждого подключения (что приводит к более высокой доле расходов ). Если страны смогут преодолеть эти препятствия и достичь общенациональной электрификации, сельские общины смогут добиться значительных успехов в экономическом и социальном развитии.

На этом графике показаны мировые темпы электрификации сельских районов, а также темпы роста электрификации в 1990–2016 годах, а также синтезированы данные Всемирного банка.

Социальные и экономические выгоды

Образование

Доступ к электроэнергии способствует устойчивому экономическому и социальному росту. Во-первых, за счет повышения успеваемости. Студенты, которых раньше заставляли учиться, когда светило солнце, теперь могут учиться при свете светодиодов рано утром или до поздней ночи. В Кении, например, интервью со школьными учителями показали, что доступ к свету позволил проводить дополнительные часы обучения в начале и в конце дня, чтобы охватить материал, который не был должным образом изучен в обычные часы. Кроме того, школы, имеющие доступ к электричеству, имеют возможность нанимать более квалифицированных учителей, и в них наблюдаются улучшения результатов тестов и количества выпускников, что увеличивает человеческий капитал, входящий в состав рабочей силы в будущем.

Производительность и эффективность

Помимо улучшения образования, электрификация сельской местности также позволяет повысить эффективность и производительность. Предприятия смогут дольше держать свои двери открытыми и получать дополнительные доходы. Фермеры получат доступ к оптимизированным современным технологиям, таким как ирригация, обработка урожая и сохранение продуктов питания . В 2014 году сельские общины Индии получили более 21 миллиона долларов США от роста экономической активности, вызванного недавним введением электроэнергии.

Линейный монтёр Управления сельской электрификации за работой в штате Миссури , США, 1942 год.

Создание рабочих мест

При расширении электросетей возникает потребность в тысячах рабочих мест — от развития бизнеса до строительства. Проекты по распространению электроэнергии создают множество возможностей для трудоустройства и помогают снизить уровень бедности. Например, Индия поставила цель установить к 2022 году 175 ГВт чистой энергии для увеличения электрификации по всей стране. По оценкам, для достижения этих благородных целей потребуется создать около 300 000 рабочих мест.

Улучшения в здравоохранении

Наличие электричества может значительно повысить качество предоставляемых медицинских услуг. Улучшенное освещение увеличивает время, в течение которого пациенты могут прийти и получить лечение. Холодильники можно использовать для хранения невероятно ценных вакцин и крови. Меры по стерилизации будут улучшены, а внедрение высокотехнологичного оборудования, такого как рентгеновские или ультразвуковые сканеры, может предоставить врачам и медсестрам инструменты, необходимые для их работы. В Диара-Рашалпуле, группе деревень на реке Ганг, 140 домохозяйств остались без электричества. Местные жители вынуждены преодолевать реку по 2–3 часа, чтобы получить лечение или доступ к вакцинам. Имея доступ к электричеству, лечение стало бы гораздо более доступным для местного населения.

Дополнительные преимущества

• Уменьшить изоляцию и маргинализацию с помощью телефонных линий и телевидения.
• Повысить безопасность за счет внедрения уличного освещения, освещения дорожных знаков.
• Сократите расходы на дорогие лампы, работающие на ископаемом топливе, например, на керосине.

Технология

Во многих регионах появились автономные предприятия, работающие на основе возобновляемых источников энергии, для удовлетворения спроса на электроэнергию в сельских общинах. Из-за их географического положения и относительно низкого совокупного спроса расширение общенациональной сети на сельские районы является дорогостоящим и сложным делом. Мини-сети на основе возобновляемых источников энергии менее зависят от более масштабной инфраструктуры и могут быть реализованы быстрее и дешевле. Там, где распределительная электросеть, может быть построена однопроводной возврат заземления часто используется . Широко используются следующие технологии:

• Фотовольтаика
• Ветромеханические водяные насосы
• Малый ветроэлектрический
• Дизельные солнечные гибридные энергосистемы : специально для телекоммуникаций по всему миру. Полностью коммерческий и предпочтительный вариант удаленной телекоммуникации, коммерчески развивающийся для деревенского энергоснабжения.
• Биоэнергетика
• Микро-ГЭС очень широко применяется в Непале, Вьетнаме и Китае.
• Гибридная энергия также широко используется, когда ряд различных технологий объединяются для обеспечения единого источника энергии.

Проблемы

Исследователи отметил, что, несмотря на принятие многих мер поддержки, стоимость обеспечения электроэнергией отдаленных деревень остается высокой. Более того, как энергетические ресурсы, так и спрос в этих областях могут быть очень нестабильными, что затрудняет надлежащее планирование. Другая проблема заключается в том, что местоположение деревни исторически определялось на основе почвы, воды, хранилищ и т. д. и может быть неоптимальным для производства возобновляемой энергии.

Чтобы смягчить эти проблемы, была разработана Сетевая модель сельской электрификации. было предложено. В этой модели деревни в выбранном районе связаны между собой оптимальной сетью, которая, в свою очередь, подключается к нескольким централизованным генерирующим объектам, расположенным в местах с лучшими ресурсами возобновляемой энергии. Таким образом, каждая деревня частично снабжается небольшими местными предприятиями, а частично централизованными предприятиями. Это улучшает использование энергетических ресурсов, а также общую гибкость и надежность системы. Жизнеспособность этой модели зависит от стоимости построения оптимальной сети. На основе алгоритма A* с мультипликаторным ускорением исследователи разработали эффективный метод оценки всех возможных соединений в условиях сложной географической структуры и, следовательно, практически оптимизируют проект сети. Далее следует экономическое обоснование.

Национальные инициативы по континентам

Африка

Эфиопия

Электрификация сельских районов Эфиопии началась в 1998 году (хотя до 1995–1997 годов проводились незначительные мероприятия по электрификации крупных городов, называемых зонами и вореда ), затем последовала Программа всеобщего доступа к электроэнергии (UEAP) «Цели развития тысячелетия» на 1998–2002 годы, и в рамках программы планировалось электрифицировать 6000 деревни за 5 лет. После извлечения уроков из этого был запущен План роста и трансформации (GTPI &2). Эта программа является одной из успешно реализованных в увеличении уровня доступа в сельскую местность и преобразовании сельского сообщества, создании рабочих мест, местных подрядчиков и кооперативов. Программа финансировалась за счет поддерживающих фондов, кредитов и правительства.

Кения

Каранджа описывает роль, которую может сыграть скоординированный подход к электрификации сельских районов в Кении , и возникающие проблемы. Одним из решений является объединение численного моделирования электроэнергетической системы с географической информацией для изучения различных сочетаний расширения сети, мини-сетей и автономных систем.

Сенегал

Электроэнергетический сектор Сенегала был реформирован в 1998 году. С тех пор страна реализовала несколько инициатив по электрификации:

• Национальный план действий по электрификации сельских районов Сенегала ( Plan d'Action Sénégalais d'Electrification Rurale ), призванный расширить участие частного сектора в электрификации сельских районов (подробности ниже);
• Пакты и Чрезвычайная программа ( Program d'Urgence d'Electrification Rurale ), возглавляемые и финансируемые в основном правительством Сенегала ;
• Отдельные проекты под руководством НПО и частных компаний.

План действий по электрификации сельских районов Сенегала был запущен в 2002 году с целью максимизации инвестиций со стороны частного сектора. За 2002–2012 годы он привлек в среднем 49% частного финансирования. более чем вдвое превышает средний мировой показатель в 22% для проектов доступа к энергии. Однако за тот же период это напрямую увеличило уровень электрификации сельской местности менее чем на 1%. Анализ, проведенный Мохудом и Гроссом (2014), показывает, что План действий столкнулся со значительными политическими и институциональными барьерами, в частности с институциональной оппозицией, нестабильной поддержкой министров и длительными переговорами с заинтересованными сторонами, а также с трудностями, присущими реализации инновационной политической основы. Хотя План действий оказался очень успешным в привлечении частного финансирования, политические/институциональные проблемы, с которыми он столкнулся, отражают опыт основанных на реформах схем электрификации в странах Африки к югу от Сахары. Это подчеркивает важность разработки инициатив, соответствующих местной политической среде.

Америка

Бразилия

1981 году 74,9% бразильских домохозяйств обслуживались электроэнергией. в По данным Национального выборочного обследования домохозяйств (PNAD), проведенного IBGE, В 2000 году федеральное правительство Бразилии под руководством администрации Фернандо Энрике Кардозу запустило программу Luz no Campo , направленную на расширение распределения электроэнергии в бразильских домах с упором на сельские домохозяйства. С 2003 года программа была усилена и переименована в Luz para Todos администрацией Лулы . В результате, по данным PNAD, к 1996 году 79,9% всех домохозяйств имели доступ к электроснабжению, и эта доля выросла до 90,8% в 2002 году и 98,9% в 2009 году.

Гаити

Гаити остается наименее электрифицированной страной в Западном полушарии. однако было предпринято несколько амбициозных усилий по решению проблемы электрификации сельских районов страны. Некоторые отмечают, что, поскольку большая часть сельских районов Гаити в настоящее время испытывает недостаток в коммунальной инфраструктуре, Гаити имеет хорошие возможности для перехода к современным модульным энергетическим системам, таким как микросети (или «мини-сети»), работающие на возобновляемых источниках энергии. Регулятор энергетики правительства Гаити вместе с энергетическим отделом Министерства общественных работ и международными партнерами работают над устранением барьеров и увеличением инвестиций в возобновляемые источники энергии как для новых, изолированных мини-сетей, так и для региональных сетей.

Используя данные 2020 года, Межамериканский банк развития подсчитал, что 45% населения Гаити имеет доступ к электричеству. Однако частая нехватка топлива и другие перебои в обслуживании означают, что реальный доступ населения к надежному электроснабжению намного ниже. Например, в 2021 и 2022 годах даже самые важные больницы страны сокращали свои услуги из-за нехватки топлива для питания собственных генераторов электроэнергии на территории.

Ямайка

Программа электрификации сельских районов (REP) была принята в 1975 году с конкретным мандатом на расширение охвата электроснабжением сельских районов, где предоставление таких услуг не было бы экономически целесообразным для коммерческих поставщиков электроэнергии. REP расширяет национальную сеть за счет строительства линий электрораспределения в неэлектрифицированных районах и предоставляет домовладельцам помощь в электромонтаже в рамках программы кредитования.

В июне 2012 года министр энергетики Филип Полвелл сообщил , что около 16 000 домов в отдаленных частях острова, не имеющих электричества, будут снабжаться солнечной или ветровой электроэнергией в рамках Программы электрификации сельских районов (REP). На симпозиуме проекта «Анализ и исследования низких выбросов» (AILEG), финансируемом USAID, который состоялся в отеле Jamaica Pegasus во вторник, 9 июля 2013 г., министр энергетики Филип Полвелл заявил , что REP также было поручено выполнить свою задачу по предоставлению электричеством 100 процентов сельских районов. «Те три процента, которые сейчас остаются, находятся в районах, которые настолько далеки от энергосистемы, что их обеспечение слишком дорого, и мы собираемся развернуть фотоэлектрические системы в этих районах», — пояснил он. В марте 2015 года он заявил газете, что к 2017 году «у нас больше не должно быть такой системы REP, как сейчас», добавив, что, если правительство сочтет слишком сложным прокладывать линии электропередачи в населенных пунктах, оно будет использовать солнечную энергию.

См. также Солнечная энергия на Ямайке.

Соединенные Штаты

В 1892 году Гай Бердсли, первоначальный владелец замка Бердсли , получил 40 000 долларов за обеспечение гидроэлектроэнергией Ист-Крик в Нью-Йорке.Несмотря на широкое распространение электроэнергии в городах, к 1920-м годам электроэнергетические компании не поставляли электроэнергию в сельские районы из-за общего убеждения, что затраты на инфраструктуру не окупятся. В малонаселенных сельскохозяйственных угодьях на милю установленных линий электропередач приходилось гораздо меньше домов.

Комитет штата Миннесота был организован для проведения исследования затрат и выгод от электрификации сельской местности. Университета Миннесоты Факультет биосистем и сельскохозяйственной инженерии , работая совместно с Northern States Power Company (NSP, ныне Xcel Energy ), провел эксперимент, обеспечив электроэнергией девять ферм в районе Ред-Уинг . Впервые электричество было подано 24 декабря 1923 года. Проект « Red Wing » оказался успешным: энергетическая компания и университет пришли к выводу, что электрификация сельской местности экономически целесообразна. Результаты отчета повлияли на решение национального правительства поддержать электрификацию сельских районов.

До 1936 года небольшое, но растущее число ферм устанавливало небольшие ветряные электростанции . Обычно они использовали генератор постоянного тока на 40 В для зарядки батарей в сарае или подвале фермерского дома. Этого было достаточно, чтобы обеспечить освещение, стиральные машины и ограниченное количество насосов для колодцев или охлаждения. Ветроэлектрические установки использовались в основном на Великих равнинах , где большую часть дней дуют полезные ветры.

В 1933 году было создано Управление долины Теннесси , частично для обеспечения электрификации сельской местности в долине Теннесси и прилегающих районах. Компания TVA создала возможности по производству и оптовой передаче электроэнергии, которые позволили создать сельские распределительные системы через электрические кооперативы .Из 6,3 миллиона ферм в Соединенных Штатах в январе 1925 года только 205 000 получали централизованное электроснабжение.

Управление сельской электрификации (REA) было создано указом президента как независимое федеральное бюро в 1935 году, санкционировано Конгрессом США в Законе о сельской электрификации 1936 года , а позднее, в 1939 году, реорганизовано в подразделение Министерства сельского хозяйства США. Ему было поручено управлять программами кредитования на электрификацию и телефонную связь в сельской местности. Между 1935 и 1939 годами – или в первые четыре с половиной года после создания REA – количество ферм, пользующихся услугами электроснабжения, увеличилось более чем вдвое.

РЭА взяло на себя обязательство обеспечить фермы недорогим электрическим освещением и электроэнергией. Для реализации этих целей администрация предоставила долгосрочные самопогашаемые кредиты правительствам штатов и местным органам власти, фермерским кооперативам и некоммерческим организациям; кредиты непосредственно потребителям не выдавались. В 1949 году REA было разрешено выдавать ссуды на улучшение телефонов; в 1988 году REA было разрешено предоставлять беспроцентные кредиты на создание рабочих мест и развитие сельских электросетей. К началу 1970-х годов около 98% всех ферм в Соединенных Штатах имели электроснабжение, что является демонстрацией успеха REA. В 1994 году администрация была реорганизована в Сельскую коммунальную службу в соответствии с Законом о реформе федерального страхования сельскохозяйственных культур 1994 года и Законом о реорганизации Министерства сельского хозяйства 1994 года .

В сентябре 2018 года Министерство сельского хозяйства США заявило, что потратит 398,5 миллиона долларов на инфраструктурные проекты в виде кредитов, направленных на улучшение электроснабжения в сельских районах. Программа называется «Программа кредитования электрической инфраструктуры». Из 398,5 миллионов долларов 43 миллиона долларов будут инвестированы в технологию интеллектуальных сетей. По данным Smart Cities Dive , «самый крупный кредит направит 68,5 миллионов долларов на поддержку солнечной фермы, управляемой NextEra Energy Resources в Арканзасе, которая могла бы удовлетворить потребности 21 000 домов». Кредиты пойдут на проекты в 13 штатах: Арканзас, Колорадо, Индиана, Айова, Миннесота, Миссури, Нью-Мексико, Северная Каролина, Огайо, Оклахома, Южная Каролина, Техас и Вирджиния.

Азия

Китай

К 2015 году 100 процентов китайцев имели доступ к электроэнергии. В начале 1990-х годов сельская местность Китая все еще страдала от крайней энергетической бедности ; более 40 процентов сельских китайцев вообще не имели доступа к электроэнергии или электрическому освещению, а вместо этого зависели от керосиновых ламп для освещения. В начале 1990-х годов среднее потребление электроэнергии в сельской местности было эквивалентно включению лампочки мощностью 60 Вт менее 30 минут в день.

В 2001 году Китай запустил Программу электрификации поселков Китая, направленную на обеспечение возобновляемой электроэнергией 1000 поселков, что является одной из крупнейших таких программ в мире. За этим последовала Программа электрификации деревень Китая , также использующая возобновляемые источники энергии, направленная на электрификацию еще 3,5 миллионов домохозяйств в 10 000 деревень к 2010 году, за которой последует полная электрификация сельских районов к 2015 году. В декабре 2015 года Китай подключил к национальной электросети последних 39 800 китайцев, потратив 324 миллиона долларов и задействовав более 5 000 рабочих для подключения двух чрезвычайно отдаленных деревень в провинции Куйхай, расположенных на высоте 13 100 футов.

Индия

См. также: Rural Electrification Corporation Limited , Дин Даял Упадхьяя Грам Джьоти Йоджана и схема Саубхагья.

В настоящее время все деревни в Индии электрифицированы с 29 апреля 2018 г. но это не означает, что все домохозяйства электрифицированы. По собственным установленным стандартам Индии, только 10% домохозяйств в деревне должны иметь электричество, чтобы она считалась электрифицированной. По состоянию на август 2018 года в Индии электрифицировано 91% всех домохозяйств. Сельские районы в Индии электрифицированы неравномерно: более богатые штаты могут обеспечить электроэнергией большинство деревень, в то время как более бедные штаты все еще пытаются это сделать.

Компания Rural Electrification Corporation Limited была создана специально для решения проблемы обеспечения электроэнергией всех деревень по всей стране. Бедность, нехватка ресурсов, отсутствие политической воли, плохое планирование и воровство электроэнергии являются одними из основных причин, которые оставили многие деревни в Индии без электричества, в то время как в городских районах наблюдается рост потребления электроэнергии и мощности. Чтобы резко увеличить темпы электрификации, правительство Индии поставило цель достичь 175 ГВт установленной возобновляемой энергии к 2022 году и обязало электрифицировать более 18 000 деревень. В конце 2016 года в Индии было около 45,6 ГВт установленной возобновляемой энергии, и для достижения высоких целей потребовался огромный объем работы и инвестиций. Центральное правительство все активнее пытается улучшить тяжелые условия, инвестируя значительные средства в биогазовую, солнечную и ветровую энергию. Было объявлено , что такие программы, как Солнечная миссия JNN и Прадхан Мантри Грам Видьют Йоджана, также известная как Схема Саубхагья, ускорят темпы электрификации и диверсифицируют процедуру. Также продолжается работа по сокращению потерь, обеспечению более качественного оборудования и улучшению общей инфраструктуры электропередачи в деревнях.

Схема Саубхагья успешно обеспечила быстрое расширение электроэнергетической инфраструктуры в Индии. Электрическая инфраструктура теперь доступна в пределах 50 метров от помещений потребителей. Правительство Индии объявило о 100% электрификации всех желающих домохозяйств в Индии в 2018 году. Более глубокий анализ темпов электрификации по всей стране показывает, что около 13% бытовых потребителей до сих пор не имеют подключения к электричеству из-за вопросов доступности сетевой электроэнергии и низкого качества услуг. Большинство бытовых потребителей, подключенных к сети, имеют низкую санкционированную нагрузку 0–1 кВт или 1–2 кВт. Кроме того, было отмечено неравенство в уровне доступа к сетевой электроэнергии среди сельскохозяйственных и институциональных потребителей.

Европа

Ирландия

В 1930-е годы большинство городов Ирландии были подключены к национальной сети. Начало Второй мировой войны в Европе привело к нехватке топлива и материалов, а процесс электрификации был практически остановлен. В начале 1950-х годов схема сельской электрификации постепенно обеспечила электроэнергию в сельской местности, и этот процесс завершился на материке в 1973 году (хотя только в 2003 году последний из обитаемых прибрежных островов был полностью подключен). В настоящее время схема сельской электрификации продолжается, но в первую очередь она направлена ​​на повышение качества сети (колебания напряжения все еще являются проблемой в некоторых частях Ирландии, особенно в сельской местности) и обеспечение доступности трехфазного питания для крупных ферм и сельских предприятий, нуждающихся в нем.

Успешные примеры

Грам Урджа

Как и многие другие микросетевые компании, Gram Oorja поставила перед собой задачу обеспечить электричеством миллионы людей, не имеющих доступа к электроэнергии в сельских районах Индии. Грам Оорджа создал модель, основанную на «корпоративно-социальном партнерстве», и получает финансирование от корпоративных благотворительных фондов. Их первый проект был реализован в Даревади, сельской деревне с 39 домохозяйствами. Грам Урджа получил финансирование от Bosch Solar Energy и получил консультации и рекомендации от Фонда Шакти. Они установили солнечную электростанцию, способную производить 9,4 киловатта электроэнергии, с резервной биогазовой установкой для производства энергии, когда солнечный свет недоступен. Местная собственность на проект является одним из ключевых принципов бизнес-модели Грама Оорджи, поэтому они поощряли участие в создании и управлении мини-сетью. Деревенский траст ежемесячно собирает счета и вкладывает доходы в основной фонд. Эта гибридная модель оказалась успешной и была реализована более чем в 10 деревнях. В настоящее время установленная мощность Gram Oorja составляет 45,7 кВт и обслуживает 230 домохозяйств. Они также сотрудничают с Bank of America продолжит реализацию этих проектов по всей Индии.

GRID (Инновационное развитие на низовом уровне и в сельской местности)

GRID — это индийский стартап, целью которого является содействие устойчивому экономическому и социальному развитию посредством недорогих энергетических решений в сельских районах. Помимо систем микросетей , GRID использовала солнечную энергию для решения множества проблем, от которых страдают сельские сообщества. Например, GRID установила в сельских районах Индии фильтрационные установки обратного осмоса, работающие на солнечной энергии , чтобы помочь решить проблему отсутствия водной безопасности. Лишь 18% сельского населения Индии имеют доступ к очищенной водопроводной воде, что вынуждает местных жителей полагаться на небезопасные грунтовые воды . Фильтрационная установка GRID способна обеспечить от 20 000 до 30 000 литров чистой воды в день, что помогает решить эту проблему и уменьшить распространение болезней, передающихся через воду. Кроме того, простота распределения сократила количество времени, затрачиваемое на сбор воды, что позволило уделять больше времени продуктивным задачам и сократить временную нехватку. Наконец, GRID нанимает местных жителей для управления повседневной работой завода. С самого начала бизнес-модель GRID способствует развитию сельских сообществ, и они планируют масштабировать свою деятельность по всей Индии.

См. также

• Распределенная генерация
• Категория:Энергетика по странам
• Загрязнение воздуха внутри помещений в развивающихся странах
• Список проектов по хранению энергии
• Микрогенерация
• Автономный
• Линии электропередачи связи
• Возобновляемая энергия в Африке
• Автономная энергосистема
• Фонд универсального обслуживания

Дальнейшее чтение

• Хирш, Ричард Ф. Обеспечение энергией американских ферм: забытые истоки электрификации сельских районов (издательство Университета Джонса Хопкинса, 2022) онлайн-обзор

Внешние ссылки

• Электрификация сельской местности в Ирландии 1946–78 , раздел Совета по электроснабжению . архива
• Оценщик и планировщик солнечной энергии для автономной электрификации сельских районов в Африке и Азии
• Интерактивные карты солнечного излучения для электрификации сельской местности
• Средиземноморская энергетическая обсерватория
• Освещая Африку , инициатива Группы Всемирного банка (ГВБ)
• Исследовательская группа Моди Колумбийского университета
  • Электрификация сельских районов и Цели развития тысячелетия , Алгоритмические подходы к электрификации сельских районов
  • Планирование электроэнергии в Сенегале , Расчет стоимости электроэнергии в Сенегале
  • Планирование электроснабжения в Кении
• Фотовольтаика в электрификации сельской местности
• Историческая достопримечательность Американского общества сельскохозяйственных и биологических инженеров: проект Red Wing
• Департамент биопродуктов и биосистемной инженерии: проект Red Wing
• Альянс за электрификацию сельских районов (ARE)
• Дуг Райнеманн (18 июля 2018 г.). «Доильные машины: первые 100 лет» . pbswisconsin.org . Проверено 10 июня 2021 г.