2nd International Conference - Micro Perspectives for Decentralized Energy Supply
The Mini-Grid Workshop - Enabling energy supply for low-income markets through mini-grid solutions
Berlin, 27 February 2013
������������� ����������������������������� ����� ����������������������
Pol Arranz, Xavier Vallvé
Trama TecnoAmbiental (TTA)
Barcelona, Spain
in collaboration with:
� ����������� ����������������������������������������������������� ������
� ������ �!�������������������������"�������#�"������!$���!�����!��
�������%���&��'����(��!�(�����������������������������)�
� ���� ����* ���+!�� ����� �������������� ������������� ������� � ���#�"�� ���!$
"��� (���� !��� �,����(��
� -���! � &��'��� (��!�(�� �� ��+%$"�� (����+��#�� ����� � (���� !��� ���
����� �������������� � ����%�� ������� .������ /��� .(������ ������ )
�������������������� ���!
Member of:
���������� 0��1���
&2�%$"����$���(��
#��%��(��+!����
"������"#���������������
���������������� ���������������������������������������� �������������������������������������������
���� ��������� �������
� ��!����� ��������"�#��������������$��% ���������������&'(()*
$��������������������%�&�����������������
� ������������'��������������� ����������
����������� ��
���������������� ������� �������� ������
0��%����+
0��%���!������ ������
2��$�#�����!�������������������������
�����"�������$��$�������������(��
��������$�
��((�������(������$ + ��(�����%���!����
/�#���(���������%��!�������������
3���������������!$�����������
����������,����"����$�4#���#�������
"��(���5�
�������,����"����$�������(���6���(���
/��1�������(����������������$��%���
�������4������6������������������!��
����������#����������������������
�,����"����$�������+���������,����)5�
�����������7
���!�����
������
���
(���,����������+�������"����$�
������8�����"�������1��"$�������
�����9���,��$���(������������%�������%��
��$���� ��� ������
��((���$������:��(��!�(���
(�������"�����������������!�
��!������$����(�#��1 ����+ ������
.#�����������%���,�����$����������������
�%���,����(�������!��������������
(����������!���(��!�(������
�%������������$����,����
&�������������������������$����������(��%��
1�$����������������"��������
�������+
����(���� ������
��(������,�����#��%�!����:����������
�%�������$������#��;�����������
�(���
���� �����,� ���.&�<����#�� �&�<
&�������������,�����!�������������
����,������
3������(��������=0&���,����
0%���������(�����$�,���������������������
"�������#��%��������������,�������
���!$������$��������
/��1������������������������,�����������
����������������������,���(�����,����"���
�����������
���(�����)��������)������������
� ������������������������� ����������+������������ ������,���&!��-���� ��*
� ��������������%������������������ ������������������ �������� �������������������������������������������������� �������������������������
� .� ����������������������'���/0�&�������������.�1*
� �+����������� ��������������
� �����������%��� ������
�adapted from IEC 62257 TS series, IEA PVPS Task3 and Task11 recommended practices)
PV Hybrid Micro Grid in West Bank,
Palestine
*������������������ ������&��������+����� &�!
� ����������������������������������������������� �� ������������ �����/0������������� ����������������������������������������������
� .����������� �����������������+����!���2���� ������ �������� �������������������������
� .��!��������������� ��� ����������������������� ��������������� �������������
� �������� ���������� ����� &��� ����+����� &�������� �������,����������*
� 1������������� ���������������������������������������������������
� .�������� ����� ��������� � ������ �������������
���������� �����������������+������������ �������� ��
���(�������������� ���������&�������-�����
��� ������� ������ �� ��!
� ���!$�-���$�.���#����4�-.5�(��!�(��
������!�����%�����������������
� 2������������!�������,�����!$*���:��-.
� &��!��((�"�����#�����(������
��"���# ���� ������ �$�� !
� ����������"�������
���� %�&' ��� (��!
� 0������(��!�(��
� ���!$��#����!�"��#��������
� ,����!�(��!�(��
� �����(��� �����# �����
�������. ������ �������������� #�����/
av. WTP
����� ��+����0���� ��12�3
� >�&2�(����!��� ���%��+ 3? -��+ �������$��������������+���!�������
� �����"����$����$����"��(����%$"���(����!��� ������������((���������=����
.������7 ��������4'������!�5
� �@0�-�.�����+ � A�- ���4'������!�5
4�&��������� ��� �)�����*� '&�������� �� %��������
,��,�! �������% ��������?A�� �����,��� ��(����� ���( ����������������������������������
������,�������"���-�(���� ����"����� ���,��������("������:�����&��B��
&����!�����%�����.�!������A����(���
�(��4� ��� ���� ��������/
���5�����67���5���5��
����!++������,���,���+���-����+�����+��./ 0 ���,��,���,�� 12
�������*)$�
3����������1����4����
����*������0��!����CDE�F?���G>D��F����EE�(�����
*������������(��������
� 5�������������������������� ���������� 6��������������,7��� ������ ��������������������������������� 8����� � �&6�����������*� ���������������������/������������ �� ���������� ���� � ������� ����� ��� ��������������������������������� �����4� 9����������������������/������ :4������������� ��������������;�';���
%1%�� %) �&�%2�%&' � 34�+�#
�5 �)6)%�72%
&����� �5 �����# /8 0 4�
����� �#�� 90 4� 0: �� ; ���� ��#�����
6����� �( ������ /9
&�������� + ���������� 9$< + =/ < �
�5 �>�%�) �267%2��)%
%��� ����� /"9/ 4�
������ ������� ���7 . ?����
?��@ 1� �)6�)7
%��� ����� / 35� 0. �����
��� '����
?�77)%A
6����� �( ������� ������� /� ��B5�C/
7#�� ��� ��� 2�D� �����
�����# ��9 � 0 B$ �� ; 08 34�
�������# � �#�
&65)%7)%
5���� ����� + ������ �B 5 '� + /0 5 ��
%��� ����� / C B 4
>������ ���������� E /F$G
'�7� �2��)%
7#�� �( �� )����#F �����F �������F ���,
)�)�7%&�&7A '&��)6�)% ; �)7)%
&���� /0 5 �� $ >D
�"���� ������� ���(������
�������� ���(������ )����# '�# ������
'&�7%&?17&26 �&6) �6' �7%))7 �&�>7&6�
���� ������ B �
6����� �( ��� /
7#�� 8 4 �� 6 + / ��� ��������� ���
&6'&5&'1�� �2�'�
>�������� B/$ 4�+�# /
>�������� 99 4�+�# 9B
>�������� 9:$ 4�+�# 9�
>�������� // 4�+�# :
����� 9:$ 4�+�# 9
&�� ������ �/ 4�+�# 9
���������������������"#�������� ��������������������� �������(�������
���(�����������������(���������� ���(�������������. )������(����'#����������
���(�������������. 8������������PV microgrid in Monte Trigo (Cape Verde)
Discount rate: 8,5% LCOE (generation) : 0.24 EUR/kWh
Lifetime: 20years LCOE (net demand): 0.36
EUR/kWh
PV microgrid in Monte Trigo (Cape Verde)
Without demand management system ���� reduced components life
Discount rate: 8,5% LCOE (generation) : 0.29 EUR/kWh
Lifetime: 20years LCOE (net demand): 0.43
EUR/kWh
)������������9�����*������+���������:�;��������
AC bus line 230 or 400 V
DC Loads
AC Loads
Photovoltaics Wind Energy Genset Hydro Power
Battery
Master Inverter
and
Battery charger
Inverters
Optional
AC/DC Converters=~
=~
.�������������$�!������������������������%��.�������
.��!������!���(������(�$�"��������$�����������(�$������.�;.����,�����������"������"���������!��
.�"�����������(�������,���������������%�����!$������$������%��.���������"�����$��%��!�!�
-����������"����������$���������"$��%��"�����$�
AC/DC Converters
Charge Controllers
DC Loads
AC Loads
=~
Photovoltaics Wind Energy Genset Hydro Power
Battery Inverter
Optional
=~
=~
DC bus linebar
.�������������$�!�������������������������-��"���"������(�#%��%��%��"�����$�����%��!��
.��!������!���(�����������.�;-����,�������
0%��"�����$��������������(��,����%��!�������%��!��"$����%��!����������������������-���������.�������
�%���!%��%���,������
)������������9�����*������+���������:&;��������
Experiences from the field: Barriers & SolutionsExperiences from the field: Barriers & Solutions
Debajit Palit
Associate Director and FellowThe Energy and Resources Institute, New DelhiEmail: [email protected]
Enabling Energy Supply for Low Income Markets through Mini-Grid Solutions
February 27, 2013, Reiner Lemoine Institut, Berlin February 27, 2013, Reiner Lemoine Institut, Berlin
International Conference on Micro Perspectives
for Decentralized Energy SupplyOffOff--grid Access System in South Asiagrid Access System in South Asia
The OASYS Project Objectives:
�Are there cost-effective and reliable off-grid electricity supply solutions that can meet the present & future needs, are sociallyacceptable, institutionally viable and environmentally desirable?
�Do these local solutions have the scaling-up and replication potentials and can these solutions be brought to the mainstream for wider electricity access in the developing world?
www.oasyssouthasia.infowww.oasyssouthasia.info
MiniMini--Grids in India Grids in India
� Pioneer of Mini-Grid system
� First solar mini grid commissioned in 1996 in Sunderbans Islands
� State-of-the-art system designs & use of components (converters & inverters), continuing till date
� Cooperative model of service delivery
� Involvement of local community from planning stage
� Policy enablers from time to time
� Around 5000 villages covered through mini-grids, serving more than 50,000 HHs
� Multiple technology adopted
Why mini grids in IndiaWhy mini grids in India
� Technically, mini-grids are preferred for remote areas over other options such as solar home systems,
� as mini-grids provide electricity services for lighting & for powering various appliances, whereas SHSs typically provide only lighting services
� Can support small productive applications
� Organisationally, managing mini-grids are easier compared to individual systems due to their centralised operation through a proper institutional arrangement
Solar PV MiniSolar PV Mini--gridgrid Biomass Gasifier Power SystemBiomass Gasifier Power System
� Fuel Preparation
� Biomass Gasifier
� Cooling cleaning train
� Engine – Alternator
� Biomass drying
� Power evacuation
Source: TERI
Managing Mini Grids: Earlier ModelManaging Mini Grids: Earlier Model
FUNDING AGENCY
PIAPIA
Power PlantVECVEC
System
Supplier
Consumers
Consultant (DPR, system
design, TA support)
Organize VEC
System Engineering.
System Owner
$
Installation &
Commissioning
• System custodian
• O&M
• LT line Maintenance
• System custodian
• O&M
• LT line Maintenance
Electricity
Grant from Central Government
Equity by PIA/NGO or Beneficiaries
Revenue: Tariff,
billing, collection
Village Energy Committee (VEC) Model
•90% subsidy, 10% community share
•Flat tariff ($0.5 - $3 per month)
Source: TERI
Hybrid SystemHybrid System
Source: TERI
Managing Mini Grids: Addressing low loadManaging Mini Grids: Addressing low load
Source: TERI
Emerging ModelsEmerging Models
Charging stations are expandable to
solar energy hubs providing :
•Battery charging
•Mobile charging
•Lantern charging
•Water purification
Solar Charging Station Solar Charging Station Solar Multi Utility Solar Multi Utility
Self Help Groups, Farmer’s Associations & Individuals from the surrounding villages access the SMU & utilize services for a fee.
Self Help Groups, Farmer’s Associations & Individuals from the surrounding villages access the SMU & utilize services for a fee.
Source: TERI , 2012
DC distribution lines (voltage varies depending on distance) run along
rooftops from the battery bank to households over a short distance
to power lights, mobiles etc.
Solar DC micro grid Solar DC micro grid
Running time : 5-6 hours
Installation Cost: $ 65 – $ 80 per HH
Tariff: $ 2-3 per month, charged by the
operators
Barriers & SolutionsBarriers & Solutions
Technology Technology …………
TextTextTechnology
Finance
Delivery
Policy
�Untested products/Absence of performance benchmarking/ standards
�Generation not as per design –quality issues of solar panel
�Limited local technical capacity
�Battery technology still vulnerable (over drawl by most consumers)
Social
�Financial mechanisms are not in line with income level of poor HHs (the section w/o electricity access)
�Debt financing from banks difficult due to higher perceived financial & technology risks in rural setup
�Capital subsidy inadequate for ensuring long term sustainability
�Non flexibility in financial instruments
Finance Finance …………
Technology
Finance
Delivery
Social
Policy
�Absence of organized delivery model (e.g. involving DISCOMS)
� Inability to meet increased demand
� Lack of standard process and metrics for scaling up
�Last mile access for products and (spares) – missing link
�Social issues – tampering, non payment etc.
Institutions/delivery Institutions/delivery …………
Technology
Finance
Delivery
Social
Policy
�Dissemination suffers from uncertainty in political framework conditions
�Absence of clear regulation for off-grid sector
�Cross- subsidy in grid electrified villages – a deterrent for solar PV
�No clarity on LT grid connection, rules out grid as an anchor load
PolicyPolicy…………
Technology
Finance
Delivery
Social
Policy
Key Lessons
For any model to be sustainable, scalable & socially acceptable
�Choice of technology – Size vs. Demand?
�Financing – Capital & Operational
�Electricity tariffs – Regulated or Negotiated
� Access to electricity is merit good
�Service delivery
� Management
� Community based or Private� Organized vs. Un-organized approach
� Community participation – What should be their role – Operator/Local Regulator/??
� Contrary to prescribed community based models, top-down approach/ organized structure seems to be working better
� Customer service – How do we define?
�Socio economic benefits –
� Productive applications – Is economic linkages essential for sustainability
� Strong govt. support and political will
Framework for Mini GridFramework for Mini Grid
Level 1- Basic needs
• Lighting
• Communication • Cooking • Heating
Level 2 - Productive uses
• Agriculture (water pumping, mechanized tilling etc.)
• Public health centres
• Education (Schools, tuition centres etc.)
• Street lighting
• Sewing, cottage industries • Grain grinding
Level 3- Modern society needs
• Modern domestic gadgets
and appliances for space cooling, heating etc.
• All productive applications for
24/7 usage • Transport
Small scale RETs
Ideal for isolated and vulnerable communities
Facilita te
Village-scale mini-grids Ideal for larger or more
developed villages
Facilita te
Mini-grids coupled the main grid
Ideal for cluster of
villages
Facilita te Creates the
market for mini-
grids
Could develop
into
Lifeline Productive Consumptive
Top Related