全球超8亿人口尚未通电,小型电网未来展望

  • 2020年05月06日
  • 作者: Selina Shi

    Selina Shi

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  • 翻译: Selina Shi

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图片来源:网络

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图1. 小型电网的主要组成部分。

图1. 小型电网的主要组成部分。

Solar Media作者Tom Kenning于2018访问Husk Energy公司位于印度北方邦的小型电网

Solar Media作者Tom Kenning于2018访问Husk Energy公司位于印度北方邦的小型电网

近年来,全球供电发展势头迅猛。自2010年以来,全球有8亿人口用上了电。然而,截至2018年年底,未通电人口仍有8.6亿,其中有98%生活在非洲和亚洲。

可为这些人群持续供电的主要解决方案有三种:延伸电网、太阳能户用系统和小型电网。选择这些解决方案的经济考量主要取决于与电网的距离、人口密度和服务水平。

延伸电网是最典型的回答,但这种方法存在数个问题。对于偏远社区来说,延伸电网可能非常昂贵,而且供电质量并不一定高(也就是所谓的“差电网”)。

个人发电系统是一种为低人口密度地区提供基础质量服务的极为有效的方法,例如太阳能灯或太阳能户用系统(SHS)。过去数年,SHS制造商和经销商取得了重大进展,如BBOXX、Mobisol、Fenix International、道达尔和施耐德电气等。然而,这些解决方案通常用于为低功率电器供电,属于过渡性方案。

过去五至十年,小型电网、本地电网和独立电网蓄势待发。与太阳能户用系统相比,在人群足够密集的情况下,这类电网的成本更低,可提供的供电服务质量也与延伸电网相类似。

我们重点关注了31个亚非国家。在这些国家中,出于监管、历史或经济原因,小型电网意义重大。我们还分析了小型电网的上游产业(组件制造商和集成商),这些国家的监管框架以及相关项目。

上游行业的主要趋势:技术创新与集装箱式

小型电网/微电网/纳米电网?

这些术语听起来挺复杂,人们很难找到两种对小型电网的类似定义。基于REN21、UNFCCC和ARE的定义,我们将小型电网定义为:综合峰值功率介于10kW-10MW,通过本地电网连接多名用户的一个或多个分布式发电系统。

这些系统与主电网完全隔离。而没有完全与主电网隔离的系统就被称为微电网。峰值功率更小(<10kW)的电网被称为纳米电网。

其中大部分项目是在社区层面(通常为村镇)发电和配电,这些项目也可用于商业、工业、军事或农业领域。

最初,小型电网完全是以柴油发电或水力发电为基础的。过去10年,光伏价格的下跌有利于开发基于光伏的小型电网。当前的典型项目包括光伏组件、电池、备用柴油发电机、能源管理系统(EMS)。此外,当然还包括逆变器、电表和当地电网,如下图1所示。

电池:小型电网总成本的一个关键组成部分

在一个典型的小型光伏电网中,电池是资本性支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)的关键组成部分。就村镇电气化而言,可靠性是首要要求。由于技术人员到场较为困难,大多数EPC公司都会选择成熟的低成本技术。

因此,对于中小型系统来说(如小于一兆瓦),铅酸电池仍然是目前最常用的技术。它们的每千瓦时名义成本较低,是市场上众所周知的主流技术,因此也更易于维护或寻找备件。然而,铅酸电池对温度的敏感性高、放电深度低,此外,寿命也短,这往往让它们成为系统中的薄弱环节。

大多数离网系统所处的恶劣环境为创新提供了机遇。锂电池越来越多的被用于小型电网。过去几年,新的储能技术亦得以试用(如液流电池、锌-空气电池、钠镍电池、钠离子电池等),成功率不一。

几家接受采访的小型电网开发商和EPC公司表示,即使有少数几家开发商愿意承担风险,仍然需要一种可以降低系统总持有成本的、更可靠的技术。

能源管理系统:系统的大脑

混合电力(柴油发电机组、光伏、电池、水电等)令系统更加复杂,必须由本地智能系统管理。这种本地EMS智能系统由软件和硬件控制方案组成。从控制器到具备预测和先进优化算法功能的本地计算机,这些系统的种类繁多。

但是,智能程度并非越高越好。小型电网设计方必须在高效电源管理、低成本和高灵活度之间找到一个折中点。对于大多数项目来说,确定最适合特定项目的EMS系统的关键在于经验。

集成:标准化之路

目前,大多数小型电网都是定制的。项目融资需求和社区需求确定之后,就会选出一家EPC公司设计相关系统,然后会建造一个特定的房间用于安装逆变器和电池,每一个部件都由当地工人在现场组装。

虽然CAPEX非常低,但这一类解决方案往往存在很高的故障率。例如,在塞内加尔1996年-2011年间安装的小型电网中,仅有25%-35%的电网至今仍在运行。

近年来,出现了一些解决这一问题的新方案,例如集装箱式标准系统,这一系统中的每个组件都是在工厂里预先组装完备的(甚至连太阳能组件都是使用折叠/展开系统捆绑在一起的),只需要把集装箱运到现场后再打开即可。使用这类系统可以避免大多数在定制项目中经常出现的隐性成本(例如部件丢失、被盗、多种部件供应、安装质量低下等)。

另一方面,为了降低CAPEX,这些系统需要实现生产规模效应。通过分析主要集成商的项目(如Redavia、施耐德电气、温氏能源、Africa Greentec等),我们发现,至2019年年底,全球已开发的此类项目有30个(不仅限于农村电气化项目),计119个集装箱式系统。

巩固小型电网监管框架

我们制定了一个用于比较30多个国家小型电网市场发展阶段的指标。通过对监管框架、已公布项目和现有项目、各国经济状况以及当地小型电网参与方的分析,我们可以逐年比较这些国家的发展情况。

2019年小型电网在非洲地区的发展情况

8个非洲国家(包括埃塞俄比亚、肯尼亚和尼日利亚)已发展到较成熟阶段。过去两年,这些国家发布了逾75个小型电网项目招标公告,制定了小型电网开发新规定(例如上网电价、补贴、私人经营许可证、小型电网并入主电网可能性)。

这些国家已经确定了农村电气化国家目标,其中包括开发小型电网(例如埃塞俄比亚和尼日利亚)。推动开发离网解决方案的国际资金也出现增长(如FEI OGEF、国际太阳能联盟、世界银行等)。

亚洲的监管变化不甚明显

全球范围内,印度仍然是小型电网发展潜力最大的国家,但印度却缺乏更有效的推进框架。例如,2016年,印度起草了一份小型电网政策草案,但自此之后,草案再无变化。作为亚洲电气化率最低的国家,缅甸被许多人认为是短期内最具潜力的亚洲国家,但为了充分发掘潜力,缅甸仍需要一个更成熟的框架。

项目:虽然市场潜力巨大,但不确定程度很高

我们研究了400多份全球通告、招标公告、国家或私人目标中提出的,有望于2026年建成的约63000个小型电网。为了描述这些项目的确定性程度,我们决定将其分为三大类。

已安装项目是指已建成的、未来数年也会保持现状的项目。需要指出的是,在这些项目中,根据国家和开发商的不同,未量化的一部分可能会遇到技术障碍。

规划或在建项目是指已获融资、已招标并在大多数情况下,已由EPC公司中标的项目。这些项目最终完工的可能性极高(虽然与公布的投产日期相比可能会出现延误)。

国家或公司目标是指国家或公司为开发一定数量的小型电网所做的承诺(通常未获得完全融资),一般来说没有确定准确地点。虽然这些目标展示了雄心壮志,但应该谨慎考量。

考虑到上述类别,我们可以确定两种情况:一种是现实的情况(甚至略为悲观),即全球将安装逾9000个小型电网(而目前只有3200个);另一种乐观的情况是至2026年,全球可建成6万个新的小型电网。

需要指出是,三个国家(印度、尼日利亚和缅甸)在国家或公司目标中的占比达到了95%。这些国家将公告转化为实际项目的能力将是市场发展的关键所在。

广阔前景与短期不确定因素

即使只考虑现实的情况,我们也可以估算出,未来六年,小型电网市场年均增长率至少会达到20%。这一市场的增长既不受发展潜力所限,也不被公司和国家开发系统的意愿所左右,而是受制于技术和财务问题。

私人经营小型电网的商业模式的可行性还未获证实,大多数这类项目依赖国家或国际补贴。因此,政治不稳定性和国际计划对这些电网的影响很大。以2019年为例,确定投产的新项目有236个,而计划投产的新项目则有1260个。

此外,大多数小型电网所处的恶劣环境需要更可靠的解决方案,这些解决方案可以在不增加CAPEX的前提下降低项目维护成本。新的组件技术(如电池、EMS等)和新的集成模式(如集装箱式标准化小型电网)是当下解决这些问题的主要推动力量。

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(责任编辑:Selina Shi)

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