Электрификация сельских районов: путь к развитию и прогрессу.

Электрификация сельской местности: проблемы и решения. 770 млн человек без доступа к электричеству. Расширение сети дорого, нужны альтернативы.

9 мин чтения

100%

Источник: Rural electrification — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Доставка электроэнергии в сельские районы

Электрификация сельских районов – это процесс обеспечения электроэнергией сельской местности и отдаленных районов. Сельские общины сталкиваются с огромными рыночными провалами, поскольку национальные энергосети не удовлетворяют их потребность в электроэнергии. По состоянию на 2019 год 770 миллионов человек не имели доступа к электричеству – это 10,2% населения земного шара. Обычно электрификация начинается в городах и поселках и постепенно распространяется на сельские районы, однако в развивающихся странах этот процесс часто встречает препятствия. Расширение национальной энергосети требует значительных затрат, и страны постоянно испытывают недостаток капитала для развития существующей инфраструктуры. Кроме того, распределение капитальных затрат для снижения стоимости каждого подключения затруднено в районах с низкой плотностью населения (что приводит к увеличению расходов на душу населения). Если странам удастся преодолеть эти препятствия и добиться общенациональной электрификации, сельские общины смогут получить значительные экономические и социальные выгоды.

Образование

Доступ к электроэнергии способствует устойчивому экономическому и социальному росту. Прежде всего, это проявляется в повышении успеваемости. Ученики, которые ранее были вынуждены учиться при дневном свете, теперь могут заниматься по свету светодиодных ламп рано утром или поздно вечером. Например, в Кении, в ходе опроса школьных учителей выяснилось, что доступ к освещению позволяет проводить дополнительные занятия в начале и конце дня, чтобы более тщательно проработать материал, который недостаточно изучался в обычное время. Кроме того, школы, имеющие доступ к электроэнергии, могут привлекать более квалифицированных учителей и отмечают улучшение результатов тестов и повышение процента выпускников, что способствует увеличению человеческого капитала, поступающего на рынок труда в будущем.

Производительность и эффективность

Помимо улучшения образования, электрификация сельских районов также способствует повышению эффективности и производительности. Предприятия смогут работать дольше и получать дополнительную прибыль. Фермеры получат доступ к современным усовершенствованным технологиям, таким как орошение, переработка сельскохозяйственной продукции и консервация продуктов питания. В 2014 году сельские общины Индии получили более 21 миллиона долларов США благодаря увеличению экономической активности, вызванному недавним подключением к электроэнергии.

Создание рабочих мест

При расширении электросети возникает потребность в тысячах рабочих мест – от развития бизнеса до строительства. Проекты по расширению доступа к электроэнергии создают множество возможностей для трудоустройства и способствуют снижению уровня бедности. Например, Индия поставила цель установить 175 ГВт чистой энергии к 2022 году, чтобы повысить уровень электрификации по всей стране. Для достижения этих амбициозных целей потребуется создать около 300 000 рабочих мест.

Улучшение здравоохранения

Наличие электричества может значительно повысить качество предоставляемой медицинской помощи. Улучшенное освещение увеличивает время, в течение которого пациенты могут обращаться за лечением. Холодильники позволяют сохранять невероятно ценные вакцины и кровь. Улучшатся меры стерилизации, а внедрение высокотехнологичного оборудования, такого как рентгеновские аппараты или ультразвуковые сканеры, обеспечит врачей и медсестер необходимыми инструментами для работы. В Диара Рашальпуле, группе деревень на реке Ганг, 140 домохозяйств не имеют доступа к электроэнергии. Местным жителям приходится преодолевать 2–3 часа пути через реку, чтобы получить лечение или доступ к вакцинам. При наличии электричества лечение стало бы гораздо доступнее для местного населения.

Вызовы

Исследователи отметили, что, несмотря на внедрение множества мер поддержки, стоимость электроснабжения отдаленных деревень остается высокой. Более того, как энергетические ресурсы, так и спрос в этих районах могут быть крайне изменчивыми, что затрудняет адекватное планирование. Еще одна проблема заключается в том, что местоположение деревень исторически определялось исходя из характеристик почвы, наличия воды, возможностей хранения и т.п., и может быть не оптимальным для генерации возобновляемой энергии. Для смягчения этих проблем была предложена модель сетевой электрофикации сельских территорий. В этой модели деревни в выбранном регионе объединяются оптимальной сетью, которая, в свою очередь, подключается к нескольким централизованным генерирующим установкам, расположенным в местах с более благоприятными условиями для использования возобновляемых источников энергии. Таким образом, каждая деревня частично обеспечивается электроэнергией от небольших локальных установок, а частично – от централизованных. Это повышает эффективность использования энергетических ресурсов, а также общую гибкость и надежность системы. Экономическая целесообразность этой модели зависит от стоимости строительства оптимальной сети. На основе алгоритма A* с ускорением на основе множителей, исследователи разработали эффективный метод оценки всех возможных соединений в условиях сложной географической структуры и, следовательно, практической оптимизации проектирования сети. Далее представлено экономическое обоснование.

Кения

Каранья описывает роль, которую скоординированный подход к электрификации сельской местности может сыграть в Кении, а также возникающие при этом трудности. Одним из решений является сочетание численного моделирования электроэнергетической системы с географической информацией для анализа различных вариантов расширения сети, мини-сетей и отдельных систем.

Соединенные Штаты

В 1892 году Гаю Бердсли, первоначальному владельцу замка Бердсли, было выплачено 40 000 долларов за обеспечение гидроэлектроэнергией Ист-Крик в штате Нью-Йорк. Несмотря на широкое распространение электричества в городах, к 1920-м годам электроэнергетические компании не осуществляли поставки электроэнергии в сельские районы, поскольку считалось, что затраты на инфраструктуру не окупятся. В малонаселенных сельскохозяйственных районах на милю установленных линий электропередач приходилось значительно меньше домов. Для изучения затрат и выгод от электрификации сельских территорий был организован комитет штата Миннесота. Департамент биосистем и сельскохозяйственной инженерии Университета Миннесоты, совместно с компанией Northern States Power Company (NSP, ныне Xcel Energy), провел эксперимент, обеспечив электроэнергией девять ферм в районе Ред-Винг. Электроэнергия была впервые подана 24 декабря 1923 года. "Проект Ред-Винг" оказался успешным – электроэнергетическая компания и университет пришли к выводу, что электрификация сельских районов экономически целесообразна. Результаты исследования оказали влияние на решение федерального правительства поддержать электрификацию сельской местности. До 1936 года небольшое, но растущее число ферм устанавливало небольшие ветряные электростанции. Как правило, они использовали генератор постоянного тока напряжением 40 В для зарядки аккумуляторов в сарае или подвале фермерского дома. Этого хватало для обеспечения освещения, стиральных машин, а также ограниченной работы насосов для воды или холодильников. Ветряные электростанции в основном использовались на Великих равнинах, где в большинство дней присутствуют подходящие ветры. В 1933 году было создано Управление долины Теннесси, в том числе для обеспечения электрификацией сельских районов в долине Теннесси и прилегающих территориях. TVA создало мощности для производства и оптовой передачи электроэнергии, что позволило создать сельские распределительные сети через электрические кооперативы. Из 6,3 миллиона ферм в Соединенных Штатах в январе 1925 года централизованное электроснабжение получали лишь 205 000. Управление по электрификации сельских районов (Rural Electrification Administration, REA) было создано распоряжением президента в 1935 году как независимое федеральное агентство, полномочия которого были закреплены Актом о электрификации сельских районов 1936 года, принятым Конгрессом США, а позднее, в 1939 году, оно было реорганизовано в управление при Министерстве сельского хозяйства США. Ему было поручено администрировать программы кредитования для электрификации и телефонной связи в сельской местности. В период с 1935 по 1939 год – то есть в первые 4,5 года после создания REA – число ферм, использующих электроэнергию, увеличилось более чем вдвое.

In 1892, Guy Beardslee, the original owner of Beardslee Castle, was paid $40,000 to provide hydroelectric power to East Creek in New York. Despite widespread electricity in cities, by the 1920s electricity was not delivered by power companies to rural areas because of the general belief that the infrastructure costs would not be recouped. In sparsely populated farmland, there were far fewer houses per mile of installed electric lines. A Minnesota state committee was organized to carry out a study of the costs and benefits of rural electrification. The University of Minnesota Department of Biosystems and Agricultural Engineering, working jointly with Northern States Power Company (NSP, now Xcel Energy), conducted an experiment, providing electricity to nine farms in the Red Wing area. Electricity was first delivered on December 24, 1923. The "Red Wing Project" was successful – the power company and the university concluded that rural electrification was economically feasible. The results of the report were influential in the National government's decision to support rural electrification. Before 1936, a small but growing number of farms installed small wind electric plants. These generally used a 40V DC generator to charge batteries in the barn or the basement of the farmhouse. This was enough to provide lighting, washing machines and some limited well pumping or refrigeration. Wind electric plants were used mostly on the Great Plains, which have usable winds on most days. In 1933, the Tennessee Valley Authority was created, in part, to provide rural electrification in the Tennessee Valley and surrounding areas. TVA created the generation and wholesale transmission capabilities that enabled rural distribution systems through electric cooperatives. Of the 6.3 million farms in the United States in January 1925, only 205,000 were receiving centralized electric services. The Rural Electrification Administration (REA) was created by executive order as an independent federal bureau in 1935, authorized by the United States Congress in the 1936 Rural Electrification Act, and later in 1939, reorganized as a division of the U. S. Dept. of Agriculture. It was charged with administering loan programs for electrification and telephone service in rural areas. Between 1935 and 1939 – or the first 4½ years after REA's establishment, the number of farms using electric services more than doubled.

Китай

К 2015 году 100% населения Китая имели доступ к электричеству. В начале 1990-х годов сельская местность Китая все еще страдала от крайней энергетической бедности; более 40 процентов сельского населения Китая не имели доступа к электричеству или электрическому освещению вообще, полагаясь вместо этого на керосиновые лампы для освещения. В начале 1990-х годов среднее потребление электроэнергии в сельской местности составляло эквивалент лампочки мощностью 60 Вт, включенной менее чем на 30 минут в день. Китай запустил программу электрификации поселков Китая в 2001 году для обеспечения возобновляемой электроэнергией 1000 поселков, одну из крупнейших подобных программ в мире. За ней последовала программа электрификации деревень Китая, также использующая возобновляемую энергию, направленная на электрификацию еще 3,5 миллионов домохозяйств в 10 000 деревень к 2010 году, с последующей полной электрификацией сельских районов к 2015 году. В декабре 2015 года Китай подключил к национальной электрической сети последние 39 800 человек, потратив 324 миллиона долларов и задействовав более 5000 рабочих для подключения двух крайне отдаленных деревень в провинции Цинхай, расположенных на высоте 4000 метров над уровнем моря, но это не означает, что все домохозяйства электрифицированы. Согласно установленным индийскими стандартами, для признания деревни электрифицированной достаточно, чтобы электричество было доступно 10% домохозяйств в ней. По состоянию на август 2018 года 91% всех домохозяйств в Индии были электрифицированы. Электрификация сельских районов Индии происходит неравномерно: более богатые штаты могут обеспечить электричеством большинство деревень, в то время как более бедные штаты все еще испытывают трудности с этим. Корпорация по электрификации сельских районов (Rural Electrification Corporation Limited) была создана специально для решения проблемы обеспечения электричеством всех деревень страны. Бедность, нехватка ресурсов, отсутствие политической воли, плохое планирование и кража электроэнергии – вот некоторые из основных причин, по которым многие деревни в Индии остаются без электричества, в то время как городские районы демонстрируют рост потребления и мощности электроэнергии. Для резкого увеличения уровня электрификации правительство Индии поставило цель установить 175 ГВт возобновляемой энергии к 2022 году и обязалось электрифицировать более 18 000 деревень. На конец 2016 года в Индии было установлено около 45,6 ГВт возобновляемой энергии, и для достижения поставленных целей требуется значительный объем работы и инвестиций. Центральное правительство все больше стремится улучшить тяжелое положение дел, активно инвестируя в биогаз, солнечную и ветровую энергию. Были объявлены такие программы, как Национальная солнечная миссия (JNN solar mission) и схема "Pradhan Mantri Gram Vidyut Yojana", также известная как "Saubhagya Scheme", для ускорения электрификации и диверсификации процесса. Ведется работа по сокращению потерь, обеспечению более качественным оборудованием и улучшению общей инфраструктуры для передачи электроэнергии в деревнях. Схема "Saubhagya" успешно способствовала быстрому расширению инфраструктуры электроэнергии в Индии. Электрическая инфраструктура теперь доступна в пределах 50 метров от домов потребителей. Правительство Индии объявило о 100% электрификации всех домохозяйств, желающих получить доступ к электричеству, в 2018 году. Однако более глубокий анализ показателей электрификации по стране показывает, что около 13% домашних потребителей все еще не имеют электрических подключений из-за вопросов доступности электроэнергии из сети и низкого качества обслуживания. Большинство домашних потребителей, подключенных к сети, имеют низкую разрешенную мощность – 0–1 кВт или 1–2 кВт. Кроме того, наблюдается разрыв в уровне доступа к электроэнергии в сети среди сельскохозяйственных и институциональных потребителей.

By 2015, 100 percent of Chinese people had access to electric power. In the early 1990s the countryside of China still suffered from extreme energy poverty; more than 40 percent of rural Chinese had no access to power or electric lighting at all, depending instead on kerosene lamps for lighting. In the early 1990s the average use of power in the countryside amounted to the equivalent of a 60W light bulb switched on for less than 30 minutes a day. China launched the China Township Electrification Program in 2001 to provide renewable electricity to 1,000 townships, one of the largest of such programs in the world. This was followed by the China Village Electrification Program, also using renewable energy, aimed at the electrification of a further 3.5 million households in 10,000 villages by 2010, to be followed by full rural electrification by 2015. In December 2015, China brought the last 39,800 Chinese onto the national electric grid by spending $324 million and using over 5,000 workers to wire 2 extremely remote villages in Quighai province located at altitudes of 13,100 ft. but it doesn't mean that all households are electrified. By India's own set standards, only 10% of households in a village must have electricity for it to be considered electrified. As of August 2018, 91% of the total households are electrified in India. Rural areas in India are electrified non uniformly, with richer states being able to provide a majority of the villages with power while poorer states still struggling to do so. The Rural Electrification Corporation Limited was formed to specifically address the issue of providing electricity in all the villages across the country. Poverty, lack of resources, lack of political will, poor planning, and electricity theft are some of the major causes which have left many villages in India without electricity, while urban areas have enjoyed growth in electricity consumption and capacity. In order to drastically increase electrification rates, the Indian Government has set the target of 175GW of installed renewable energy by 2022 and mandated the electrification of over 18,000 villages. At the end of 2016, India had around 45.6GW of installed renewable energy with a vast amount of work and investment required to meet their lofty targets. The central government is increasingly trying to improve the dire conditions by investing heavily in biogas, solar as well as wind energy. Programs such as The JNN solar mission, and Pradhan Mantri Gram Vidyut Yojana is also known as the Saubhagya Scheme have been announced to fasten the pace of electrification and diversify the procedure. The work is also on going for reducing wastage, providing better equipment and improving the overall infrastructure for electrical transmissions in villages. The Saubhagya scheme was successfully in ensuring rapid expansion of the electricity infrastructure in India. Electricity infrastructure is now available within 50 meters of consumers' premises. The Government of India announced 100% electrification of all willing households in India in 2018. A deeper look into electrification rates across the country suggest that about 13% of household consumers still don't have electricity connections due to questions of affordability of grid electricity and poor quality of service. The majority of household consumers with a grid based electricity connection have a low sanctioned load of 0–1 kW or 1–2 kW. Besides, disparity has also been noted in grid electricity access rate among agricultural and institutional consumers.

G.R.I.D. (Гражданское и инновационное развитие сельских районов)

GRID – это индийский стартап, нацеленный на содействие устойчивому экономическому и социальному развитию сельских районов за счет недорогих энергетических решений. Помимо микросетей, GRID использует солнечную энергию для решения широкого спектра проблем, с которыми сталкиваются сельские общины. Например, GRID установила установки фильтрации обратным осмосом, работающие на солнечной энергии, в сельской местности Индии, чтобы помочь справиться с проблемой нехватки воды. Только 18% сельского населения Индии имеют доступ к очищенной водопроводной воде, что вынуждает местных жителей полагаться на небезопасные источники подземных вод. Фильтрационная установка GRID способна производить от 20 000 до 30 000 литров чистой воды в день, что помогает решить эту проблему и снизить распространение заболеваний, передающихся через воду. Кроме того, удобство получения воды сокращает время, затрачиваемое на ее добычу, позволяя уделять больше времени продуктивной деятельности и уменьшая временную нищету. Наконец, GRID нанимает местных жителей для обеспечения ежедневной работы установки. С момента основания бизнес-модель GRID способствует развитию сельских общин, и компания планирует расширить свою деятельность по всей Индии.