大米,日照和再充电:印度村庄如何实现一周24小时清洁能源发电

  • 2018年07月24日
  • 作者: Tom Kenning

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  • 翻译: Selina Shi

    Selina Shi

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Husk Power Systems公司的团队摄于公司位于印度北方邦Tamkuhi Raj村的太阳能、储能和生物质能微电站。

Husk Power Systems公司的团队摄于公司位于印度北方邦Tamkuhi Raj村的太阳能、储能和生物质能微电站。

通过公路抵达Tamkuhi Raj村

通过公路抵达Tamkuhi Raj村

从村庄附近的一处地点采购稻壳。

从村庄附近的一处地点采购稻壳。

First Solar 的现场薄膜太阳能组件

First Solar 的现场薄膜太阳能组件

店主 Dinesh Gupta

店主 Dinesh Gupta

店主 Munna Yadab

店主 Munna Yadab

Susant Gupta

Susant Gupta

检查混合微电网太阳能组件

检查混合微电网太阳能组件

Husk的生物质气化系统。稻壳被倒进漏斗状的系统,在送入气化炉前进行燃烧和净化。

Husk的生物质气化系统。稻壳被倒进漏斗状的系统,在送入气化炉前进行燃烧和净化。

Amaron储能系统

Amaron储能系统

一位店主的电力使用情况(左)及一户家庭的使用情况(右)

一位店主的电力使用情况(左)及一户家庭的使用情况(右)

当地印度教寺庙

当地印度教寺庙

乡村生活

乡村生活

使用 First Solar 组件的太阳能项目

使用 First Solar 组件的太阳能项目

今年四月,印度总理纳伦德拉·莫迪宣布,印度的所有村庄都已通电,这一声明引发嘘声一片。实际情况是,一个村庄中只要有10%的家庭通电即可视为实现了政府所谓的“电气化”,而这在最初的公告中并未明确说明。

莫迪四月份的声明缺乏详细信息,而他的政府却并不缺少雄心壮志。在以村村并网为目标的“DUGGJY”计划最终实施过程中,莫迪于2017年9月推出了“SaubHaGay-Yojn”项目,截至2018年12月,项目旨在通过在为有意愿的城市或农村家庭安装太阳能、电池储能、LED照明、风扇和插头插座以完全实现家庭电气化。这一项目针对的是现有电气化项目未覆盖的、处于贫困线以下的3000万户家庭。

然而需要记住的是,并网在印度无法保证正常可靠供电。事实上,这一事情往往被主流人群忽视,与大量生活在黑暗中的人群相比,他们只占很少一部分。

北方邦是印度人口最多的邦,人们以在恒河平原上务农为主业。其邻邦比哈尔邦和贾坎德邦总计拥有4亿人口(粗略估计),其中约一半人只能获得很少的供电或无法获得供电。

然而,即使在供电的情况下,如果一天中有6-8小时停电,那么一家新兴农村企业的发展也会受到抑制,而停电是家常便饭且无法预测。如要实现电气化的最大价值,需要付出以下三方面的努力:首先,农村引入电网基础设施;其次,连接各家各户;最后,令供电可靠且可以负担。

最后一英里供电

这就是PV Tech为何拜访一个位于北印度平原中心的村庄的原因,北印度平原位于北方邦和比哈尔邦交界处。在那儿,生物质能、太阳能和储能技术的大胆混合提供了比主电网更便宜的全天候清洁能源,改变着当地企业。与此同时,也有助于解决印度与窃电的长期斗争。

经过佛教朝圣地Kushinagar镇向东而行可以抵达Tamkuhi Raj村,该村地形平坦,玉米田和砖窑成片,农业活动兴盛。

正是在这里,Husk Power Systems公司开发了混合微电站项目,正是这家公司意识到了为电网最远端地区增加可靠的分布式电力系统的价值。在进军混合发电领域之前,这家印度公司于2008年开始开发生物质气化系统,尤其是使用废弃稻壳作为燃料的技术。

Husk联合创始人兼首席执行官Manoj Sinha表示,他的愿景是实现家乡的电气化。由于北部平原人口众多、供电质量低下,他的公司业务集中于此,但公司也活跃在非洲的部分地区。在北方邦长大的Sinha亲身经历过没有供电的生活,所以在搬到美国后,他又重返印度以改善现状。

Husk最初对太阳能潜力进行过评估,但那是在2008年公司刚成立的时候。彼时光伏技术非常昂贵,每瓦价格约为5-6美元,令人望而却步,而生物质能系统成本为每瓦1.20美元。然而,虽然稻壳燃料生物质能发电的成本很有吸引力,但这种技术却受到维护和给料要求的限制。从技术角度来看,这种系统可以全天候运行,但考虑到移动部件的数量,系统很快会达到寿命末期。

此后太阳能技术的全球价格走势呈现为一条急剧下降的曲线,全套解决方案因而得以发展,这令生物质能、太阳能和储能的结合成为可能。Husk与美国光伏薄膜制造商和项目开发方First Solar建立了战略合作伙伴关系。First Solar表示,因为公司组件中使用的半导体可以对大气中的温度和湿度变化以及低光照质量做出响应,能量产出高出5-9%,所以First Solar的薄膜技术尤其适合印度潮湿的气候。与使用多晶硅作为半导体的大多数市场参与方不同的是,First Solar采用碲化镉作为组件的半导体材料,制造流程迥异。公司声称,与多晶硅技术相比,在同等产能的情况下,它使用的半导体材料要少98%。碳足迹大大低于其他制造商。

在深入解释为什么Tamkuhi Raj村的微电网会增加价值时,Husk公司当地区域经理Sanjay Singh表示,“由于印度的电力行业得到了大量补贴,一些人认为终端消费者们几乎不愿为更可靠的额外电力支付费用,尤其是处于印度边缘化地区的消费者。但是,当部分企业发展受限,有的企业无法运营,商店无法在晚上为那些只能在夜间购物的当地工人提供服务时,这些人一定会为优质电力买单,从我们收集的数据中也可以得出这一结论。”

粮食和电力

在这个村子里,太阳能在日间为消费者们供电,同时给电池充电以供夜间使用。生物质气化系统仅作为一种备份方案,如果白天天气不好,电池就无法充分充电。如果负载特别高,这也会影响电池充分供电的能力。生物质能系统可以通过手动操作杆进行五分钟传输作业而无缝解决这一问题。稻壳注入气化系统后需要15-20分钟进行燃烧。杂质会在进入气化炉之前被清除。系统发电一个小时需要约3袋稻壳—这是该地区可以充分供应的燃料来源。

在Husk开始在村子里运行微电网系统之前,店主Dinesh Gupta甚至就没有开过商店。可靠的供电让他在附近一家市场上开始销售一系列化妆品,如肥皂、面霜以及一些常规服饰。电力是全天24小时供应的,而他主要用于夜间照明。

经营着一家糖果店的Munna Yadab已经完全切断了主电网电力供应转而使用Husk的24/7供电。这是他第一次可以用冰箱销售冷饮和其他冷冻食品,这在过去发生停电时是非常困难的事情。从总体来看,他为电力支付的费用更多了,但现在他可以24小时不间断地用电,所以额外支付的价格也被额外扩展的业务抵消了。

Susant Gupta曾用一台柴油发电机在镇上开了一家印刷和复印服务店,每天的成本为300-400卢比。在使用了Husk和First Solar的微电网无间断供电后,这家店的每月经营成本变成了1200-1500卢比。他切断了主电网供电,只使用了Husk供电。由于有可靠的电力支持,他已能够获取贷款以扩大业务。

Gupta表示,他是首批获得微电网供电的客户之一。当地市场已从中获益,尤其是那些此前不通电的家庭。最大的好处是做生意不必再等待来电了,因为现在是每周7天24小时供电。过去,如果早上4个小时停电,那么商店就会没生意,其他像他一样的人则无所事事。此外,Husk还使用微电网供电运行着一项净化水服务,Gupta利用这一服务为他的家庭购买无品牌的清洁瓶装水。

这仅仅是市场上的一些故事,但当这些故事在多个企业家、企业和教育机构中传播开来时,即使Husk系统目前仅能为这个村子里的大约110人供电,整个社区都会受益匪浅。

根据Husk对250多名商业客户的调查,由于获得了24/7供电,多个项目都表明,超过三分之二的人口的收入增长了约200%,甚至连Husk也没有预料到会取得这样积极的成果。

这在一定程度上是因为当地人不再需要担心电力的可靠性。

Sinha补充表示,“现在他们可以凭借无所不在、随时可用的电力打造一种生活方式。”“他们可以买冰箱保存以前无法使用的易腐产品。他们可以买制冰淇淋机做冰淇淋和其他附加产品,这就是24/7供电的成果,给商业客户们带来了实实在在的收入和盈利能力。”

First Solar的Sujoy Ghosh还指出,根据Husk的经验,他们的微电网负荷年增长率为25%,而不是印度政府智库Niti Aayog发布的农村能源增长报告所预测的5%的全国平均年增长率水平。

“我们认为,在电网之外,印度的大量需求都未得到满足。在供电困难地区开始开发分布式能源项目时,会有更多的需求涌现。”他补充表示,微电网也有助减少造成污染的大量柴油发电机组,印度各地仍在使用这些机组。

生物质气化

储能

电池使用的是锂离子, 容量为2V 135h,输出电压400V。为了提供备份,共计连接了24块电池以形成 42/48V电池组。First Solar组件需要4-6小时日照以为电池组充电。

因为该地区灰尘很大,为了维护微电网,组件必须每两天清洗一小时。与生物质气化系统相比, 这是一项简单的作业流程,生物质气化系统需要训练有素的技术人员每三天进行一次不同的维护操作。

可负担的电力

与印度配电公司(公共事业组织)和集中式电网不同,Husk以客户为中心的能力令其卓尔不群。简单来说,配电公司和集中式电网的体量太大。但是,法规的确允许这些分布式微电网并入主电网, Husk已经与北方邦配电公司合作进行试点项目。这并非是单纯偏好分布式系统的项目,因为Husk的能力之一是从客户手中收取费用。通常来说,这是平庸的印度配电公司面临的问题和无底的任务。

通过使用一个复杂的净计量平台进行测量,Husk可以根据当天用电时间提供灵活的电价方案。可在全世界任何地方对这个平台进行管理。当太阳能发电达到峰值时, 公司方案可提供10am-4pm 之间的折扣电价。公司方案还为使用1kW 或更多发电的客户提供折扣, 因为这被归类为消费者为创收而使用的生产性用电, 例如经营公司。

Sinha表示, “因为这些活动会为村里带来更多的经济活动,所以我们进行了推广。客户们很高兴,他们的业务增长了, 我们的业务也会增长, 我们可以很容易地通过预付费电表识别这类客户, 我们可以为他们设计一种完美的电价方案。”

Husk还估计, 客户平均可节省约20-30%的能源成本, 同时也会受益于全天候不间断供电。如果项目出现任何问题, 根据一项服务协议,Husk会在四小时内解决。

使用预付费电表也意味着客户无须必须支付电费。PV Tech访问该村时, 110位客户中有90人选择了当月付费,而余下的20位要么因为手头紧张,要么因为在那段特定时间内不在家而暂时选择退出。客户也可以随时选择重新使用项目。

以上左图为一位店主的用电情况,显示的是日间峰值和夜间部分用电情况。右图显示的是一户家庭在白天对手机进行短时间充电,夜间照明用电达到峰值。根据这种方式,Husk可以定制电价方案以满足每位客户的需求。

未来

展望未来,Husk 将继续关注北方邦和比哈尔邦, 但也会进军贾坎德邦。公司的目标是在2021年之前,新增250-300个新场址或电站。

公司在坦桑尼亚的计划是在同一时期内扩展约35个新场址。 如果能够确保获得更多资金,公司还计划开发西非市场。

Sujoy Ghosh表示, 由于这些项目中的大部分都为小型千瓦级电站, 所以很容易忽视它们的重要性, 但是如果把这些项目加在一起, 那么很明显,这是一个“巨大的机遇” 。

截至2018年3月下旬, 印度批准了4375个分散太阳能发电分布式项目, 覆盖3377个村庄, 其中1446个村庄的2321个项目已投运。

鉴于北方邦微电网带来的诸多益处,很显然,印度要像关注总体电气化进展一样关注分布式定期可靠供电, 这是明智之举。

虽然印度家庭电气化计划仍有很长的路要走,当下人们一定会在各种视频中看到纳伦德拉·莫迪与他的多项电气化计划的受益者们交谈的现场直播, 镜头聚焦在那些首次获得供电的人们身上。在未来某刻, 当国家的关注焦点自然而然转向高质量电力时, 可以想象莫迪与位于Tamkuhi Raj村的Husk分布式微电网受益者们交谈的情景。

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(责任编辑:Selina Shi)

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