浙江德融能源有限公司
Zhejiang Deron Energy Co., LTD.

转载共享:光伏微电网解决撒哈拉以南非洲地区用电问题

作者:郝喜国

根据2030联合国可持续发展报告,到2030年,要实现确保人人都能获得负担得起的、可靠的现代能源服务,大幅增加可再生能源在全球能源结构中的比例,加强国际合作,并促进对能源基础设施和清洁能源技术的投资,为所有人提供可持续的现代能源服务。


撒哈拉以南非洲经济增长潜力较大


撒哈拉以南非洲人口约10亿,全球占比14%,近年来区域大多数国家GDP增速较快,未来随着劳动力人口的增加,城市化和技术发展的加速,经济发展有保持长期增长的潜力。随着经济的稳步复苏,公共基础设施投资增加、非洲大陆自由贸易区(49个国家已签订)引发的市场扩大,未来撒哈拉以南的非洲区域将会成为能源电力需求潜力最为强劲的地区之一。


电力短缺成为撒哈拉以南

非洲经济发展的重要瓶颈


能源电力是社会经济发展的关键因素,目前该区域能源电力发展现状呈现以下特点。

一、电力供应严重短缺

撒哈拉以南非洲地区人均一次能源消费量是世界平均水平的1/3,区域电力缺乏,现有电力结构单一,电网规模也较小,发电装机容量仅占全球装机的4%。

二、能源可及率偏低

根据世界银行2020年的最新统计数据,全球仍有超过7亿人生活在无电或少电地区,近10亿人生活在电力不稳定地区,与现代能源服务脱离。其中撒哈拉以南的非洲是能源电力短缺最严重的地区,约有6亿人没有电力供应,1.6亿人生活在电力不稳定地区,除了少数国家电气化水平超过30%,绝大多数国家不足10%,甚至非洲最大的经济体尼日利亚,电气化率也仅为54%,即便在有电网的地方,经常存在供电的不稳定性问题。最近的一项调查发现,大多数尼日利亚科技公司每月面临30次或更多的停电,并且超过一半的人将电力短缺视为开展业务的“主要”或“严重”限制。

三、电网建设滞后

非洲部分地区由于受到战乱、饥饿、自然灾害等因素的影响,电力网络建设一直无法满足需求,在农村地区无电、少电的现象仍很普遍,在城市拉闸限电、供电不稳定的情况时有发生。当地电力供应模式多为市电和柴油机互补供电,这样不稳定的频繁切换供电模式,无法保证供电可靠性以及电能质量,将缩短负荷的使用寿命供电不稳定,严重影响当地居民的日常生活,也容易使柴油发电机折旧及缩短其使用寿命,增加柴油发电机维护成本。随着工业化、电气化进程加快,撒哈拉以南的非洲能源需求巨大,但能源和电力发展现状无法满足其快速增长的需要,电力不足给该区域造成的经济损失占GDP的4%。自2010年以来,尼日利亚、加纳、埃塞俄比亚等近期经济发展较好的国家频频爆发电荒,导致了工厂停工和外资撤出等严重后果。能源缺乏不仅限制了上述地区的经济发展,也进一步阻碍了当地人口获得最基本的生活以及生产服务。


光伏微电网是解决非洲用电问题的必然选择


面对如此紧迫的电力需求,以及为了应对新冠疫情影响,促进能源结构向清洁化转型成为全球各国的共同选择,许多非洲国家已将电力行业作为优先发展的行业,并出台了促进能源转型支持政策。同时,鉴于非洲太阳能资源较为丰富(太阳辐射量约占地球陆地的51%),光伏微电网在解决无电/弱电地区的用电问题、改善区域电力供应方面具有巨大潜力,因而受到越来越多的重视。

一、初步认识微电网

所谓微电网,是指由多种分布式电源(风电、光伏、柴油机等)、储能系统、能量转换装置、保护监控装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的独立自治系统,包括并网型和离网型两种类型。以电建国际设计的智能微电网模块化解决方案为例,该方案以模块化、菜单式、标准化为基础,以定制化服务+集成创新为原则,主要包含6个部分:EPS(发电子系统,将太阳能转换为电能)、ECS(能量转换子系统,负责高效的将能量在交流和直流间转换)、ESS(储能子系统,将白天多余的电能储存起来,夜间的时候放出)、PDS(输配电子系统)、EMS(能源管理子系统,监视和控制整个系统的运行状态,保持系统正常工作,并智能管理)、LOAD(负载,包含智能电表和入户的配电装置等)。该方案基于“极简、高效、可靠”的设计理念,利用非洲丰富的太阳能资源,采用光储微电网发电替代传统柴油机发电,使发电成本显著降低,同时实现“智能电表、便捷购电和可控收费、安全售电”,是无电弱电地区实现电气化的有效途径。

光伏微电网典型应用场景有:偏远农村或城镇,区域无电网或电网极不稳定;岛屿,区域无电网、油机供电、环保要求高、燃油运输困难;公共基础设施(学校、医院、工业园区等),区域无市电或电网不稳定。

二、选择光伏微电网解决方案的必要性

非洲国家选择可再生能源尤其是新能源项目,即保障能源供应、改善环境,又符合国际能源发展的趋势,而光储微电网自身还具有如下得天独厚的优势。

1.针对性强:撒哈拉以南非洲国家人口分散,基础设施落后,90%的农村人口无法接入电网,只能依靠成本高昂的柴油机发电。而大规模的电力基础设施建设在非洲并不现实,所以“就地取材、因地制宜”利用太阳能发展新能源的微电网发电来解决这一问题是最现实的途径。方案可以基于非洲具有代表性村落的调研数据,掌握准确的负荷需求,进而设计科学合理的技术方案,能够增加农村无电和城镇弱电地区的电力接入率。

2.能源优势:能实现市电、柴油发电、光伏发电、蓄电池优势互补,提高能源综合利用率。

3.经济性好:从解决方案角度来看,针对村庄或边缘乡镇的电网延伸投资金额过大,经济型较差(一般情况下,500KV的输电线路大概造价为100万元/公里,一个变电站的投资约为3亿-4亿元)。柴油发电成本偏高,非洲大部分地区柴油发电的度电成本在25美分以上。而微电网系统能够充分利用当地丰富太阳能资源发电,减少柴油消耗、就近安装,减少线损,提高了经济效益。在满足一定经济性的情况下,光伏微电网的度电成本可达8-10美分,而且造价及电价仍有很大的竞争力和下降空间。

4.建设快速性:乡村人口密度低、负荷小、远离大电网,扩展输配电网络的成本很高,建设周期长,而微电网具有建设周期短见效快,易复制等显著特点,因此发展微电网、利用本地能源为缺电人口供电是很有潜力的解决方案。

5.环境优势:非洲是人类文明的发源地,在解决电力供应的同时,必然要考虑与生态保护的协调发展,而光伏微电网发电作为一种便捷的绿色发电形式,可以减少二氧化碳以及有害物质的排放,具有较好的环境效益。

6.可融资性强:新冠疫情之后,作为民生项目和有利于经济发电的新能源类项目,政府有更加强烈的改善民生的动力。项目也更易获得世界银行、非发行等多边金融机构的融资支持。


光伏微电网市场发展前景可观


根据彭博社研究数据,截至2020年2月,全球已安装的微型电网共有5544个,其中大部分位于亚洲和撒哈拉以南非洲地区,发电容量总计为2.37亿瓦。其中塞内加尔和坦桑尼亚分别安装了227个和209个微型电网。在塞内加尔,至少有63个项目是在能源发展(EnDev)方案框架下建成的,在坦桑尼亚、埃塞俄比亚也已建立了健全的发展监管框架。全球光伏微电网行业已经发展成为一个年价值17.5亿美元的充满活力的市场,目前已为4.2亿用户提供服务,销售收入正以每年30%的速度快速增长。2016年,该行业实现了一个重大里程碑,年营业额突破10亿美元,之后成交量持续快速增长,在2019年达到约17.5亿美元。

为响应联合国2030年“人人享有可持续能源”计划(SE4ALL)和世界银行点亮非洲倡议,美国承诺动员200亿美元投资帮助非洲3亿人解决供电问题,欧盟承诺出资30亿美元并在此基础上撬动130亿美元投资解决全球5亿能源贫困人口(主要是撒哈拉以南非洲),欧佩克国际能源发展基金承诺10亿美元能源扶贫基金。根据世行对2030年人口的地理空间最低成本电气化预测,光伏微电网可能成为撒哈拉以南非洲的主要电力来源,这将需要大约931亿美元的资本投资,市场空间巨大。


撒哈拉以南非洲光伏微电网产业链(主要参与者)


撒哈拉以南非洲微电网系统主要的参与服务商大致可分为如下环节。

一、场地识别

主要由开发商或客户(包括政府)确定电气化微型电网开发地点。需要根据离主电网的距离、人口密度、平均收入和经济活动水平等标准来进行规划选址。活跃在撒哈拉以南非洲地区的开发商往往将目标对准已经拥有商业和工业(C&l)设施的社区,或者拥有资产的客户,如商店、机械设备和农业水泵,确保电力需求的预测水平,除非政府公布候选场址,一般该场地选择过程需要花一定的时间,因为它涉及到分析居住点电力短缺的GIS数据、调研当地的负荷需求等。

二、项目的规划和开发、建设、运维阶段

包括微电网系统的技术设计,与相关利益攸关方(包括政府和当地社区)进行谈判,以获得批准、融资、获得所需许可证以及后续的建设、运营维护等工作。针对这三个阶段的参与者主要有开发商、建造商及软件系统提供商。

1.开发商

Enel、MTN、EDF、Orange、Safaricom engie、RIFT VALLEY ENERGY、BBOXX、AZURI Technologies、Devergy、Total。

2.建造商

Powergen renewable energy、OMC、HUSK Powering Possibilities、ABB、ROLLSROYCE、POWERHIVE、PowerGen、lgnite power。

3.软件系统提供商

Ammp、POWERHIVE、Odyssey、FERN TECH、VICTRON ENERGY。


优化市场布局,实施优质项目资源占有战略


基于以上关于撒哈拉以南地区光伏微电网市场潜力和前景分析,针对有意愿大力开拓该区域微电网市场的开发建设商而言,建议合理布局重点国别,筛选优质项目资源。根据Power Africa研究经验,较优质的可布置光伏微电网的区域需满足以下三个条件:距离主电网接入在10kM以上;该区域拥有2000户以上具有用电需求的家庭,且大部分家庭缺乏电力供应;每个用电家庭每年可支配收入约在600美元左右。

基于以上原则,同时综合所在国太阳能资源、无电人口数量及比例、柴油发电成本等因素,撒哈拉以南非洲区域建议重点开发国别为坦桑尼亚、肯尼亚、马达加斯加、埃塞俄比亚、乍得、尼日利亚、喀麦隆、塞内加尔。对于中国的参与企业,建议在前期研究分析基础上,考虑把自身强大的市场网络和规划研究优势转化为项目资源优势,进而大力实施项目资源占领战略。


项目开发实施存在问题及有关建议


一、存在的问题

1.光伏微电网行业主要以设备为主,尤其是储能设备对整体造价有比较大的影响,传统建设商在此领域经验积累不足,需要加深与相关储能行业公司的协作。

2.微电网主要目标市场为极不发达的撒哈拉以南非洲地区,项目开始阶段融资困难,大多国家无法提供资金用于开发项目,需要选择国家信誉较好,可以提供主权担保的国家开发项目。

二、有关建议

1.创新商业模式,可寻求与中国国际发展合作署、世界银行/非洲开发银行等合作,扩展资金来源与融资渠道。

2.尝试战略投资、同时推动EPC承包商与设备厂家的长期稳定合作,提高在该领域的竞争力。

3.通过与所在国政府通过一揽子协议等方式,加强前期规划引领作用,引导所在国政府结合本国的实际状况制定相应的微电网规划和相关支持鼓励政策,以MOU、BOT等方式圈定某国、某区域的项目资源。

4.探索模块化开发模式,打造样板工程,进而在其他区域和国家推广复制,以示范项目促合作,推进项目加速落地。

5.通过开展各项合作交流培训,提升所在国从业人员素质,保证微电网等可再生能源的可持续发展。

(作者单位:中国电建集团国际工程有限公司)


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