Multi-period modeling for access to electricity in rural areas of Angola

Abstract

Although the relation between access to electricity and development is known, in Sub-Saharan Africa the rate of connection ranges from the mediocre (in urban areas) to the practically non-existence (in rural areas). The literature on energy planning for this region relies heavily on approaches from developed countries. Angola is a country on the west coast of southern Africa where the investment on the electric system has focused on generation and grid intensification while grid expansion has been mostly stagnant. In 2018 rural areas of the country had a rate of connection of 2% due to lack of local expertise, budgetary constraints, unreliable data and a general lack of a holist view of the issue, by the decision-makers. A two-stage multiperiod methodology is proposed to assess if the introduction of hybrid mini-grids in Angola’s supply mix can speed up the access to electricity for rural communities. The methodology employs a heuristic approach that integrates Geographic information systems and graph theory to produce various scenarios with the yearly evolution of the country’s energy system, for the period from 2022 to 2030. These scenarios include solutions with and without hybrid mini-grids and an analysis of the trade-offs involved. The methodology can effectively support decision-making and results show that hybrid mini-grids have a role to play in Angola’s electrification connecting an additional 3,075,526 million people when compared to a mostly grid exclusive scenario. This represents an 86% connection rate, largely surpassing subscribed goals for 2030, and can have a decisive influence in these impoverished rural communities.

Embora a relação entre o acesso à eletricidade e o desenvolvimento seja conhecida, na África Subsaariana a taxa de ligação varia desde o medíocre (nas zonas urbanas) até à quase inexistência (nas zonas rurais). A literatura sobre planeamento energético para esta região depende fortemente de abordagens de países desenvolvidos. Angola é um país da costa ocidental da África Austral onde o investimento no sistema elétrico se concentrou na geração e intensificação da rede, enquanto que a expansão da rede tem estado, na sua maioria, estagnada. Em 2018 as zonas rurais do país tinham uma taxa de ligação de 2% devido à falta de know-how local, restrições orçamentais, dados pouco fiáveis e uma falta geral de uma visão holística da questão, por parte dos decisores. Propõe-se uma metodologia multi-período em duas fases para avaliar se a introdução de mini-redes híbridas no cabaz de abastecimento de Angola pode acelerar o acesso das comunidades rurais à eletricidade. A metodologia emprega uma abordagem heurística que integra sistemas de informação geográfica e teoria de grafos para produzir vários cenários com a evolução anual do sistema energético do país, para o período de 2022 a 2030. Estes cenários incluem soluções com e sem mini-redes híbridas e uma análise dos trade-offs envolvidos. A metodologia pode efetivamente apoiar a tomada de decisões e os resultados mostram que as mini-redes híbridas têm um papel a desempenhar na eletrificação de Angola, ligando mais 3.075.526 milhões de pessoas quando comparado com um cenário exclusivo de expansão da rede. Isto representa uma taxa de ligação de 86%, ultrapassando largamente os objetivos subscritos para 2030, e pode ter uma influência decisiva nestas comunidades rurais empobrecidas.