2017年12月29日
从电气化到授权:从下往上建立一个公用事业级的微型公用事业
贡献者：弗兰克·马瑞医生
编者备注：弗兰克贝尔夫的作者与Chitra Sethi讲话，机械工程杂志管理编辑，并在Asme Techcast的第五集，由Asme TechCast的第五集，由美国机械工程师协会第五集。这三者讨论了海地纽约城市和太阳能电网的太阳能电池以及可再生能源的挑战。聆听链接。
在海地摩尔圣尼古拉斯的Sigora海地野外运营中心的墙上，该公司的50多名当地员工绘制了21岁的新争吵之地圣世纪能源部门“moun yo swaf kouran在海地的Kreyol，意思是“人民渴望权力”。这些技术人员中有90%在他们工作的社区长大，他们负责为海地西北部的1万名客户(每天都在增加)提供电力，在那些从未有过电力的地方从零开始建设电网。为农村地区的工作培训熟练劳动力有助于扭转STEM领域(科学、技术、工程和数学)前沿市场人才的外流，并将散居海外的人带回他们的家乡社区。
平等访问机会是社区经济发展的基本构建块。现代教育，医疗保健，电信和商业需要能源访问。然而，我们生活在一个13亿人缺乏电力的世界，电力供应量不足或不可靠的23亿人。现有的非营利预算和公用事业商业模式几乎没有范围或考虑在网格边缘之外的客户。最近由20个国家的SE4ALL进行的研究占其中80％的人未获得电力，发现2013-14在2013-14岁以下的占电力总额的194亿美元的1％以下致力于离网解决方案。［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买不起电
无法使用可靠的电网基础设施的个人需要支付高昂的费用——煤油照明(按流明/瓦特调整)超过10美元/千瓦时，向街头小贩充电的手机费用超过25美元/千瓦时。这些人支付的电费是美国消费者的100倍以上，美国的电网每天24小时，每周7天，平均价格为0.13美元/千瓦时［2］．换句话说:贫穷是昂贵的。事实是，因为这些消费者已经为他们的能源支付了额外的费用，如果给他们选择的话，他们实际上有足够的可支配收入来支付顶级的能源服务。但穷人往往被剥夺了在市场上行使他们的代理的机会。超过80%的Sigora客户是微型住宅，平均每年消耗70千瓦时，有些甚至低至22千瓦时。
神话2：前沿市场的电力公用事业将满足能源访问预测
现实情况是，前沿市场上的绝大多数国有公用事业公司都陷入了每年累积的准财政赤字［3］．换句话说，他们从根本上彻底安动，依赖来自多边机构，外国政府和其他援助来源的定期救助。根据世界银行，撒哈拉以南非洲的39个公用事业中的37个无法恢复其全额服务费用，其中64％的人甚至不收回其运营费用。破产的主要原因是低估的，过度抛弃，能量损失，能源盗窃和运营效率低下。单独的能源盗窃占全球每年损失的960亿美元。［4］因此，一些公用事业每年增加了少于1000家新客户（在某些情况下，每年耗时数千美元），同时每年亏损数亿美元，每天少于30％的人群电信。如果目前的趋势继续，这些公用事业公司将与每个额外客户一起丢失更多资金，缺少农村电气化的全球预测。普遍的公用事业救助范例造成了创新在该部门内停滞不前。
作者Frank Bergh主持了本次E4C微电网创新网络研讨会
从神话到现实:在网格之外思考
一旦承认通用电气化的障碍与破产有关的贫困，而不是贫困，许多非政府组织和社会企业家正在瞄准桥接断开和互连之间差距的商业模式。边境市场的农村电气化挑战与世界各地的农村电力公用事业产生的条件并不不同。
When the USA achieved universal electrification (which became a Federal policy priority in the 1940s – not that long ago), it wasn’t due to mass flashlight or battery distribution, but the political will to form rural electrical cooperatives to boost productivity and quality of life in the heartland. Since most industrialized nations are several generations removed from this experience, the approach may seem novel, however it’s proven in thousands of towns all over the word.
这就好像是世界银行的模型是假设居住在能源贫困中的人们将始终拥有较强劲的电力服务，而不是国际上的电力服务。它不一定是这样。
SIGORA海地的微型公用事业企业在鼹鼠圣尼古拉斯，让罗伯拉斯和庞巴波利斯在与所有其他公用事业公司相同的原则上运营：SIGORA海地生产电力KWH，销售KWH电力。“菜单”的选项较少，而不是咖啡店。
然而，在前沿市场建立微型公用事业商业模式需要仔细的评估和实施。一些关键因素包括:
- 人口密度-每连接的成本
- 与现有电网的距离-相对能源获取/需求
- 锚定客户的存在 - 具有重要负荷的关键客户
- 地方监管和创业气候 - 当地冠军和支持者
- 可再生能源资源能力的存在 - 太阳能+风/水电/地热
此外，海地Sigora的运营通过其母公司Sigora International生产的智能电表得以简化。这些智能电表提供了传统公用事业基础设施无法提供的一些基本服务:
- 支付you-go（payg）移动应用程序平台
- 分布式实时网格监控
- 自动需求侧管理
- 中断管理
- 数字内容销售通过计量基础设施
- 客户属性地理空间数据库
这些功能扩展了传统的公用事业业务的传统服务提供，为前沿市场背景中的微型实用程序开发人员提供扩展的“能源 - AS-Service”商业模式。
标准指导下一个[un-]工业革命
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方面是缺乏清晰的操作代码和标准。这些系统可能属于IEC/NEC/IEEE/ANSI或其他标准制定组织。除了核心产品的安全性和技术性能标准外，目前对于如何评估不同能源获取产品的服务质量存在着激烈的争论。
下图概述了世界银行的比较［5］农村边境市场中房屋电力接入水平。
请注意，第5层访问与发达国家中大多数人从其电源期望期待的标准不符。就好像该模型是通过假设居住在能源贫困中的人们始终拥有较强的强大和可靠的电力服务，而不是他们的兄弟姐妹在国际上已经提供。它不一定是这样。已经部署在超过该图表第五层电力访问的前沿市场的系统。
表1：WB的第5层服务与Sigora服务的比较
| 标准 | 指标 | 5. | Sigora海地，鼹鼠圣尼古拉斯，2017年 |
| 1.峰容量 | 电力额定值（W） | 2千瓦 | 最低客户津贴为1.8千瓦。商业利率提供9.6千瓦标准服务，或者如有必要，或更高。 |
| 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总计不到2小时的累积停机时间（每周）。 | SIGORA每周平均每周1.167个中断，每周31分钟，2017年至今（YTD）。这些中断主要是由于在发电机上预定的每周维护。 |
| 4.质量 | N / A. | 电压问题不影响所需产品的使用。 | SIGORA符合ANSI利用电压标准的电气服务。 |
| 5.负担能力 | 家庭收入的百分比 | 365千瓦时/年的成本不到家庭收入的5％。 | 客户可以自由地使用尽可能多，大多数人选择不到5％的家庭收入，大多数都花费4-12美元/月。 |
| 6.合法性 | 收集率 | 支付给公用事业或授权代表的账单。 | 通过PAYG供应商和移动货币交易99％的收集费率。 |
| 7.健康&安全 | 风险和事故 | 没有过去的事故和对未来风险的看法。 | 微电网建设和操作YTD 2017中的零天或减少时间（Dart）。没有客户或员工伤害报告。 |
也许应该扩展ESMAP能源接入标准，包括在工业化国家预期的服务质量相称的一级6个电气化包。为此，分层框架的另一个改进将提供对已经被规范公用事业公司使用的指标和指标进行比较。为此目的，NREL开发了微网格质量保证框架［6］．这些标准可能需要针对特定操作环境的额外调整，但它提供了微型公用事业和建立的电力提供者之间有意义的比较。
表2:公用事业可靠性指标与Sigora的比较[7]
除了运营和性能标准之外，可能需要重新诠释用于能源访问应用的某些网格码和用于国家电网基础设施的网格代码和标准。例如：
- 许多国家要求为所有住宅连接提供100A（12千瓦）电气服务，而许多微电网可以为十几名客户提供那么多电源。而不是遵循指定过多的原材料的标准（较厚的电线，更大的断路器，额外的设计边缘），微型实用开发人员将寻求优化电气服务，并更有效地利用资源，利用精益创新，安全可靠地连接更多客户 - 同时为家庭或合作规模提供足够的生产电力，生产电力，制冷和电器。
- 传统的智能仪表产品需要校准到用于国家公用事业应用的特定精度水平。尽管如此，能源访问客户正在使用非常少量的能量，主要用于照明和电话充电，这可能不需要如此高精度，用于累积月度电费平均每户10美元。
重新发明栅格而不重新发明轮子
多项研究表明，电气化带来经济增长，经济增长反过来又带来电气化(通过增加对能源的需求)。[8]．因此，生产是资本，劳动力的函数，和能源在国家和地方一级持有真实。通过稳固的监管框架，前沿市场的断开连接不需要等待非政府组织，公用事业或营利性开发商到达其地区。新的能源企业家可以通过从像Sigora International这样的公司购买第三方智能电表，将柴油发电机构或屋顶太阳能电池板从邻域微型实用程序转变为邻域微型实用程序，以安全，可靠的PAYG交易开放。
而不是将客户限制到牺牲高层电气化的手电筒方法，而不是依赖于20世纪40年代的方法越来越多的不经济网格扩展，21圣世纪电力公司有机会提供一流的客户体验，为社区提供发展条件。这个范例的基本技术现在已经很容易获得了。许多新的商业模式正在等待标准和协议的开发，以便将下一代创新者与未来的网格连接起来。
［3］世界银行集团“撒哈拉以南非洲电力部门的金融存量：准财政赤字和隐藏费用”
［4］东北集团LLC，”每年960亿美元丢失电力盗窃”
[7]截至2017年10月，这些数据是“截至日期”。
[8]”权力、经济增长和就业“（PDF）
Frank Bergh，P.E.，是SIGORA International的Grid Engineerng and Gird Grengne Engineering副总裁的工程培养方。
标签:离网能源解决方案
