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Joule:“光伏+电池”或是非洲偏远农村医疗机构的可靠供电方案

电力是提供医疗保健、教育和其他服务的关键推动因素,同时也是促进社会经济增长重要动力之一。截至目前,撒哈拉以南非洲地区(sub-Saharan Africa, SSA)仍有5.7亿人无法获得最基本的电力服务,许多医疗机构面临电力服务不足的困境。COVID-19疫情大流行进一步增加了SSA医疗保健系统的压力,电力供应对于提供可靠医疗保健服务的重要性尤为突显。


来自欧盟委员会联合研究中心Magda Moner-Girona及其合作者共同研究分析了SSA医疗机构电气化方面的巨大差距,并表明分散式光伏系统可以提供清洁、可靠、快速且具有成本效益的解决方案。他们针对给定位置分析了通过独立光伏系统向每个医疗机构提供可再生电力的成本(包括运营成本)。为目前没有电力供应的超过50,000个机构(主要是初级卫生站)提供光伏电力的前期投资成本估计为4.84亿欧元。如果所有机构都实现电气化,2.81亿人前往电气化医疗机构的出行时间将可以减少(平均减少50分钟)。该成果近日发表在Cell Press旗下期刊Joule 上。


该团队的研究侧重于采用相对低成本和技术成熟的模块化太阳能光伏系统(包括电池储能)为服务于非洲农村社区的医疗中心提供所需的电力,同时通过结合卫星数据、国家统计数据和一些开源数据来提高对SSA电气化状态的认识,对服务人口和无电力供应(no electricity access, NEA)医疗机构电气化成本也进行了详细的估算。


双变量地图(图1)提供了最关键的第3级行政单位的地理空间概览。NEA医疗机构的百分比从低(图例左侧)到高(右),以及有电人口百分比从低(图例底部)到高(图例顶部)。可以看出,图中存在两种电力接入措施之间具有不对称关系的区域,例如,医疗设施通电率高但普通人群通电率低的地区(深蓝色)。

图1. NEA医疗机构百分比和无电人口百分比在行政级别3上的双变量表示图。NEA医疗机构的百分比从浅蓝色(低值)到深色(高值),而对于有电人口百分比来说,从浅红色(低值)到深色(高值)。


图2为每个医疗机构的优化光伏容量、优化电池容量和相关成本。


图2. NEA医疗机构的分布图:a) NEA医疗机构的前期成本[EUR];b) 每个医疗中心的估计年电力需求[kWh/年];c) 优化的光伏容量需求 [kWp];d) 优化的电池存储需求 [kWh]。


图3显示了每个地区的平准化电力成本(levelized cost of electricity, LCOE)值。可以观察到很大的地理差异,通常取决于当地的气候条件和季节性程度。

图3. NEA医疗中心安装光伏系统的LCOE [EUR/kWh]。


为了估算每个国家为所有农村医疗机构供电所需的总发电量,作者汇总了有电力供应(WEA)机构和NEA机构的光伏容量(图4)。


图4. 每个国家/地区 NEA 医疗机构的百分比(橙色条)。每个国家估计安装在 NEA 医疗机构中的总光伏容量 [MWp](紫色条)。NEA 医疗机构安装光伏系统的总成本 [百万EUR](蓝色条)。前往电气化医疗机构时间超过 60 分钟的人口比例(深绿色条)。步行前往电气化医疗中心时间超过 20 分钟的人口百分比(青色条)。


表I总结了每个国家的总投资成本、平均LCOE以及可以在60 min出行时间内和20分钟步行时间内到达潜在的新电气化医疗机构的人口。


表I. 通过光伏离网系统实现医疗机构电气化:总投资成本、平均 LCOE 和人口比例。


综上,该研究确定了SSA的56,801个NEA医疗中心并分析了通过分散式光伏系统为这些中心供电的成本和收益。据估计,如果所有NEA医疗机构都配备光伏系统,那么2.81亿人前往电气化医疗机构的出行时间将减少(平均减少50分钟)。使用太阳能光伏系统为农村医疗机构供电不存在重大的资源或技术障碍,133 MWp的太阳能光伏容量将可满足 NEA 医疗机构的总需求(包括220 MWh的电池存储),同时减少206吨二氧化碳的温室气体排放。安装在NEA机构的光伏系统(包括电池存储)的LCOE平均为0.4 EUR/kWh。通过光伏系统为现有SSA NEA医疗机构供电的总前期投资成本(包括电池存储和软成本)总计4.84亿欧元。这一研究结果为SSA医疗机构电气化规划的实现带来了希望,并且为相关政策制定者、研究人员以及其他参与电气化和医疗保健改善的人员带来启发。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Achieving universal electrification of rural healthcare facilities in sub-Saharan Africa with decentralized renewable energy technologies

Magda Moner-Girona, Georgia Kakoulaki, Giacomo Falchetta, Daniel J. Weiss, Nigel Taylor

Joule2021, DOI: 10.1016/j.joule.2021.09.010


(本稿件来自Cell Press


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