2017年12月29日
从电气化到赋权:从下到上构建公用事业级微型公用事业
贡献:弗兰克·马瑞医生
编者按:作者Frank Bergh在美国机械工程师学会播客ASME TechCast的第五集中与《机械工程》杂志的执行主编Chitra Sethi和联合爱迪生公司的项目专家Alison Kli开云全站app登录官网入口下载ng进行了对话。他们三人讨论了纽约市太阳能发电厂和海地太阳能电网的挑战，以及可再生能源的现状。听这个链接。
在海地莫尔圣尼古拉斯的Sigora海地现场运营中心的墙上，该公司50多名当地员工绘制了21人的新战斗口号圣世纪能源板块。”蒙你，斯沃夫·库兰，这在海地语中是“人民渴望权力”的意思。这些技术人员90%在他们工作的社区长大，他们负责为海地西北部从未有过电力的地方从零开始建设电网，为1万名客户(每天都在增加)供电。为农村地区的工作培训熟练劳动力有助于扭转前沿市场STEM领域(科学、技术、工程和数学)人才的流失，并使散居海外的成员回到他们的家乡社区。开云全站app登录官网入口下载
平等获得机会是以社区为基础的经济发展的基本组成部分。现代教育、医疗保健、电信和商业都需要能源。然而，我们生活的世界上有13亿人没有电力供应，另有23亿人电力供应不足或不可靠。现有的非营利预算和公用事业商业模式几乎没有考虑到电网边缘以外的客户。se4最近进行的一项研究发现，占无电国家80%的20个国家在2013- 2014年可追踪电力融资总额194亿美元中，只有不到1%用于离网解决方案。[1]
这在很大程度上是两个被广泛接受的神话的结果:
误解1:金字塔底层的消费者负担不起电费
没有可靠电网基础设施的个人支付高昂的费用——煤油照明(按流明/瓦特调整)超过10美元/千瓦时，街头小贩为手机充电超过25美元/千瓦时。这些人支付的电费是美国消费者的100多倍，美国电网每周7天，每天24小时可用，平均价格为0.13美元/千瓦时[２]．换句话说:贫穷是昂贵的。现实情况是，由于这些消费者已经为他们的能源支付了溢价，如果有选择的话，他们实际上有可支配收入来支付顶级能源服务。但贫穷的客户往往被剥夺了在市场上行使其代理的机会。西格拉超过80%的客户是微型住宅，平均每年消耗70千瓦时，有的低至22千瓦时。
误解2:前沿市场的电力公司将达到能源获取预测
现实情况是，前沿市场上的绝大多数国有公用事业公司每年都陷入加剧的准财政赤字[3]．换句话说，它们基本上已经资不抵债，依赖多边机构、外国政府和其他援助来源的定期救助。根据世界银行的数据，撒哈拉以南非洲地区39家公用事业公司中有37家无法收回全部服务成本，其中64%甚至无法收回运营费用。资不抵债的主要原因是定价过低、人员配备过多、能源损失、能源盗窃和运营效率低下。仅能源盗窃一项就造成全球每年960亿美元的收入损失。[4]因此，一些公用事业公司每年增加的新客户不到1000名(在某些情况下，每次连接的成本为数千美元)，同时每年损失数亿美元，每天为不到30%的人口供电不到12小时。如果目前的趋势继续下去，每增加一个客户，这些公用事业公司就会损失更多的钱，达不到对农村电气化的全球预测。现行的公用事业救助模式导致该行业内部的创新停滞不前。
作者Frank Bergh主持了本次E4C网络研讨会，微电网的创新开云体育官方
《从神话到现实:跳出框框思考
许多非政府组织和社会企业家承认，普遍电气化的障碍更多地与资不清偿有关，而不是贫困，他们将目标瞄准了弥合断开和互联之间差距的商业模式。前沿市场农村电气化的挑战与世界各地农村电力公用事业兴起的条件没有什么不同。
当美国实现了全民电气化(这在20世纪40年代成为联邦政策的优先事项——就在不久之前)，这不是由于大规模的手电筒或电池的分发，而是建立农村电力合作社以提高中心地带的生产力和生活质量的政治意愿。由于大多数工业化国家都有好几代人没有这种经历，这种方法可能看起来很新奇，但它已经在全世界成千上万的城镇得到了证明。
这就好像世界银行的模型是建立在这样一个假设之上的:生活在能源贫困中的人们获得的电力服务总是不如国际上现有的电力服务。事情并不一定要这样。
西戈拉海地在莫尔圣尼古拉斯、让拉贝尔和庞巴迪波利斯的微型公用事业公司的经营原则与所有其他公用事业公司相同:西戈拉海地生产千瓦时的电力，并出售千瓦时的电力。菜单上的选择比咖啡店里的要少。
然而，要让微型公用事业商业模式在前沿市场发挥作用，需要仔细评估和实施。一些关键因素包括:
- 人口密度-每个连接的成本
- 远离现有电网-相对能源获取/需求
- 存在的锚客户-关键客户的重大负荷
- 本地监管和创业环境-本地倡导者和支持者
- 存在可再生能源资源能力-太阳能+风能/水力/地热
此外，西格拉海地的运营通过母公司西格拉国际生产的智能电表进行了简化。这些智能电表提供了一些传统公用事业基础设施无法提供的基本服务:
- 现收现付(PAYG)移动应用平台
- 分布式电网实时监控
- 自动需求侧管理
- 故障管理
- 通过计量基础设施进行数字内容销售
- 客户属性地理空间数据库
这些特性扩展了传统公用事业企业的传统服务，为前沿市场背景下的微型公用事业开发商提供了扩展的“能源即服务”商业模式。
指导下一次[非]工业革命的标准
由Sigora Haiti及其同行微电网开发人员开创的这些新兴商业模式的一个独特之处在于操作代码和标准缺乏清晰度。这些系统可能属于IEC/NEC/IEEE/ANSI或其他标准制定组织。除了核心的产品安全和技术性能标准，目前关于如何评估不同能源获取产品的服务质量存在激烈的争论。
下图概述了世界银行的比较［5］农村前沿市场的家庭用电水平。
请注意，第5级接入并不符合发达国家大多数人所期望的电力供应标准。就好像这个模型建立的前提是，生活在能源贫困中的人们所拥有的电力服务总是不如他们在国际上的兄弟姐妹所拥有的那样强大和可靠。事情并不一定要这样。已经有系统部署在前沿市场，超过了这张图的电力接入的第五层。
表1:WB的Tier 5服务与Sigora的服务的比较
| 标准 | 指标 | 5层 | 西格拉·海地，鼹鼠·圣·尼古拉斯，2017年 |
| 1.峰容量 | 功率(W) | 2千瓦 | 客户最低允许量为1.8 kW。商业费率提供9.6 kW的标准服务，必要时还可以更高。 |
| 2.可用性(持续时间) | 每天小时数 | 23小时 | 24小时 |
| 3.可靠性 | 每周中断 | 3累计停机时间少于2小时(每周)。 | 2017年至今，Sigora平均每周停机1.167次，每周停机时间31分钟。这些停电主要是由于定期对发电机进行每周维护。 |
| 4.质量 | N/A | 电压问题不会影响预期产品的使用。 | 西格拉符合ANSI电气服务使用电压标准。 |
| 5.可购性 | 家庭收入百分比 | 365千瓦时/年的成本不到家庭收入的5%。 | 消费者可以根据自己的意愿自由使用或多或少，大多数人选择支付低于家庭收入5%的费用，大多数人每月支出4-12美元。 |
| 6.合法性 | 收集率 | 账单已支付给公用事业公司或授权代表。 | 通过PAYG供应商和移动货币交易，99%的收款率。 |
| 7.健康与安全 | 风险和事故 | 没有过去的事故和对未来风险的感知。 | 2017年截至目前，微电网建设和运行的零日或缩短时间(DART)。没有客户或员工受伤报告。 |
也许ESMAP能源获取标准应该扩大到包括与工业化国家预期的服务质量相称的第6级电气化方案。为此，分层框架的另一项改进将与已被监管公用事业公司使用的指标和指数进行比较。为此，NREL开发了微电网质量保证框架[6]．这些标准可能需要针对特定的操作环境进行额外的调整，但它在微型公用事业公司和老牌电力供应商之间提供了有意义的比较。
表2:公用事业可靠性指数与Sigora的比较[7]
除了操作和性能标准外，针对国家电网基础设施的某些电网规范和标准可能需要重新解释，以适应能源接入应用。例如:
- 许多国家要求所有住宅连接的电力服务为100A(12千瓦)，而许多微电网可以为十几个客户提供这么多的电力。与其遵循指定过多原材料的标准(更粗的电线，更大的断路器，额外的设计余量)，微型公用事业开发商将寻求通过更有效的资源利用和精益创新来优化电力服务，以安全可靠地连接更多的客户，同时仍然提供足够的电力用于灌溉、制冷和家庭或合作规模的电器。
- 传统智能电表产品需要校准到特定的精度水平，以用于国家公用事业应用。然而，能源接入客户使用的能源非常少，主要用于照明和手机充电，这可能不需要如此高的精度，因为每个家庭每月的累计电力购买平均不到10美元。
不用重新发明轮子就能重新发明网格
多项研究表明，电气化会带来经济增长，经济增长反过来又会带来电气化(通过增加能源需求)。[8]．假设生产是资本，劳动，而且能源问题在国家和地方两级都适用。有了坚实的监管框架，前沿市场上的家庭就不需要等待非政府组织、公共事业或营利性开发商进入他们的地区。新能源企业家可以通过从Sigora International等公司购买第三方智能电表来解决问题，该公司将柴油发电机组或屋顶太阳能电池板转变为社区规模的微型公用事业，通过安全可靠的PAYG交易开放业务。
而不是限制客户使用手电筒的方法，这牺牲了生产使用的高级电气化，或依赖于20世纪40年代的方法，越来越不经济的电网扩张，21圣世纪公用事业公司有机会提供一流的客户体验，使社区具备发展的条件。这种范式的基础技术现在已经唾手可得。大量新的商业模式等待着标准和协议的发展，以将下一代创新者与未来的电网连接起来。
[3]世界银行集团，”撒哈拉以南非洲电力部门的财务可行性:准财政赤字和隐性成本”
[4]Northeast Group LLC，”每年因窃电损失960亿美元”
[7]这些数据是截至2017年10月的“年迄今”数据。
[8]”权力、经济增长和就业”(pdf)
Frank Bergh, p.e.，是工程变革的特约编辑，也是西格拉国际电网工程的副总裁。开云全站app登录官网入口下载开云体育体育赛事
标签:离网能源解决方案
