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摘要：非洲能源供给需求非洲能源供给需求紧迫，缺口巨大。近年来，非洲电气化的速度增长迅速，但缺电状况依然严重。由于能源短缺和电力供应，每年造成GDP损失巨大。据估计，到2030年为实现电能普及，非洲每年需要数百亿亿美元的投资。本文从非洲电网现状出发与非来趋势出发，讨论了非洲电网投资建设的方式，希望能为相关关注非洲电网市场的企业提供参考。
关键词：非洲电网；投资；方案；微电网
引言
目前，非洲地区尤其是撒哈拉以南非洲地区电力基础设施建设还处于落后状态，近年来，虽然非洲经济发展迅速，但每年由于能源短缺而造成的 GDP 损失仍高达 1% ～ 4%。据估计，到 2030 年间，为实现电能普及，非洲每年需要 300 亿美元的投资。一些非洲国家已经意识到电力工业发展对国民经济发展的重要地位，已采取一系列措施吸引电力领域的投资[1-2]。
非洲能源资源十分丰富，全世界剩余石油探明可采储量为1 565.8亿吨，其中非洲占8.9%。世界河流水能资源理论蕴藏量为40万亿kW·h，技术可开发水能资源为14．37万亿kW·h，技术可开发水能资源为8.082万亿kW·h。风能资源总量650万亿kW.h，技术可开发量120万亿kW.h。太阳能资源总量60000万亿kW.h，技术可开发量665万亿kW.h[3]。可“因地制宜”的利用既有资源进行开发利用。
大多数撒哈拉以南的非洲国家中都可以找到中国企业投资的电力项目，项目涉及到发电厂、变电站、电网、输电线路等各个方面，承担主体主要有中国电建、中国能建、国际集团、中国西电、三峡集团等。中国与非洲的基础设施建设合作中，非洲国家也获得了相关的技术，培育了相关产业，同时还能够造福民生。
1 非洲电网现状与推进电气化思路
1.1 非洲现有电网特点
非洲电网基础网架薄弱，自动化、信息化程度低下，表现的技术特征为：线性、静态；只有少数大型发电企业；国家电网公司负责将电力输送到用于，与用户达成单向被动的用能协议。
基于以上技术特点，电网存在的主要问题包括：供电系统效率低下、电力供应不可持续、发电企业单一、单一的模式导致腐败以及过度利用社会补贴、能量损耗与偷电现象严重。
1.2 解决非洲电气化基本思路
传统来讲，增加发电容量、扩大电网建设规模是提升电气化率的有效方法，但该方法总体进程缓慢，所以对于非洲现状来讲，依赖大电网的建设未必是最合适、最经济的方式。主要原因在于：
a）电网的电气化速度缓慢；
b）电力基础薄弱、建设需求紧迫；
c）农村和偏远地区人口分散、电气化率低，通过电网建设解决供电问题的建设成本过高。
非洲电力发展的关键是解决边远地区的供电问题，为了加快非洲电气化的进程，需要更加有效和快速的方式。随着分布式发电技术的发展，以及发电成本的下降，分布式发电将是未来加快非洲电气化进程的关键应用技术。应以分布式发电技术来提升非洲电气化进程的速度。利用分布式发电推进非洲电气化的主要原因在于：
a）可再生资源（尤其是太阳能）丰富；
b）非洲农村和偏远地区密度低、负荷小、远离大电网，扩展输配电网络的成本高；
c）离网/微网电价更便宜；
d）分布式发电技术的飞速进步。
可充分利用太阳能资源，逐步推进家用太阳能系统、微电网系统、mini电网系统等系列化、规模化建设，整合太阳能发电系统，扩大规模、负荷区域与类型，推进太阳能发电系统从点到面的建设规模，逐步推进非洲电网的建设进程。
2 推进非洲电气化推荐方案
2.1 关注主干网建设
非洲电气化进程缓慢，电力网架结构薄弱，非盟委员会以建设区域一体化、实现非洲的可持续发展为目标，通过制定“非洲基础设施建设计划”，发展能源基础设施建设。形成非洲电力互联网的前提是完善各非洲国家的主干网架建设。
对于投资建设主干网架方面，国内电力投资建设企业可结合各自在智能电网、特高压、清洁能源、输配电等领域的技术优势和经验，围绕中非洲电网系统设计、输变电设备供货、工程建设、施工、安装和调试等方面进行全面合作，发挥各自特长，通过优势和资源互补实现双赢，围绕“一带一路”倡议，开拓国际市场。
2.2 推进区域小网建设
国际可再生能源署将将可再生能源电网按容量划分为四类，即微微电网（Pico-grid，小于1kW）、毫微电网（Nano-grid，小于5kW）、微电网（Micro-grid，小于100kW）、迷你电网（Mini-grid，小于100MW）。迷你电网，可以为小区住宅、商业、工业生产和部分机构单位提供电力。区域小网既可以孤立运行，也可以与外部电网并网运行，进行功率交换。基于区域小网的建设已成为解决非洲能源挑战的有效途径，可充分利用太阳能、生物质能、风能等可再生能源，用于满足小区住宅、学校和企业等发展的能源需求，同时促进地方经济的效益，创造就业机会，提高家庭和个人收入。这一模式受到非洲政府的高度认同，鼓励制定各自的方案、政策和条例，促进区域小网的推广。图1为迷你电网供电方案示意图。
图1 迷你电网供电方案示意图
2.3 重点布局微电网系统
传统上，扩大国家电网建设被视为提高分布式发电与用户接入的最有效途径。然而，对于非洲来讲，依赖电网的建设未必就是最合适、最经济的方式。主要原因在于非洲缺电人口超过5亿5千万，超过总人口比例的60%，且电网的电气化速度缓慢，电气化率为37.8%，农村电气化率更低，仅为19%。
因此农村电气化是大多数非洲的首要任务。现阶段，在非洲开展能源业务的投资者，大多数都集中在大型电网开发项目和小型离网运行解决方案上，而忽略了规模可观的“中间部分”，即微电网。非洲乡村人口密度低、负荷小、远离大电网，扩展输配电网络的成本很高，因此发展独立微电网、利用本地能源为缺电人口供电是很有潜力的解决方案。
随着非洲国家快速增长的能源需求，新兴微电网市场具有一定的潜力，预计到2021年，整个了非洲国家大陆将需要3.5万个微电网。图2典型风光储微电网方案示意图。
图2 典型微电网方案示意图
2.4 引入家庭能源系统
在非洲，离网型电力系统被认为是大电网向用户提供电力的有效方式，近年来形成大量家用太阳能系统与离网系统互联，形成了更大的离网系统。离网太阳能光伏系统对于三分之一无法获得电力的非洲人口来讲是现在最经济的电力来源。当前大多非洲家庭希望家用太阳能系统能够给风扇、收音机、电视或冰箱供电即可，使得他们能够应对湿热的气候，可以在夏天的时候储存新鲜的食物，也通过电视广播获取天气、自然灾害和金融等信息。
家庭能源系统的理念也逐步被政府所接受，其中卢旺达政府2016年将太阳能家庭能源系统作为国家主要的能源战略。因此家用太阳能系统存在巨大的市场，特别是埃塞俄比亚、肯尼亚、卢旺达，和乌干达。
为此，可构建新型家庭太阳能系统，实现为家庭用电设备实时供电。为了提高光伏发电系统的利用率，可配以储能系统，使得在夜间或阴天也能够继续为家庭供电。可通过能量管理系统实现对光伏发电、储能系统和家庭用电负荷的管理和实时监控，通过控制管理系统，实现对电能的充分利用，减小用电成本。图3为家用太阳能系统示意简图。
图3 家用太阳能系统示意
3 投资建议
非洲电力需求缺口较大，不同国家地区发展不均衡，总体而言，非洲电网网架基础薄弱，自动化、信息化程度较低。应结合现有电网基础、人口资源分布、地区发展规划等方面制定投资规划。应充分利用企业工程技术、系统集成等多方优势开发非洲电力市场。
推进非洲智能电网建设，应该做好顶层规划，在了解市场的情况下，制定包括系统方案、工程建设、商业模型等在内的全方位规划。
建设非洲智能电网，应从投资主干电网建设、改造升级配电网系统网架、规划社区迷你型电网、推进微电网方案实施，以及开展家庭能源个性服务等多方面入手，加快推进电气化进程，加强电力网络基础建设。同时应结合非洲电力信息化水平较低、电费计量系统漏洞较大等问题，推进电力信息化和电能计量数字化、智能化水平。
3.1 投资地区分析建议
非洲国家电气化率整体水平较低，而各地电气化发展水平亦不均衡。如果按照电气化水平，建议可以将非洲分为五级。表1为具体分级情况表。
表1 非洲电气化率分级表
一定程度上，人口城镇化率应该与电气化率水平成正比，对于两者存在矛盾的地区，应该加快电气化率的进程。建设骨干电网固然是用户接入电力系统的有效方案，但对于电网基础薄弱、经济发展不对称的地域来讲，采用什么样的建设方式比较有经济性，就成首要考虑的问题。
图4 非洲城市人口率（左）与非洲电气化率（右）对比
图4非洲城市人口率（左）与非洲电气化率（右）对比，建议毛里塔尼亚、利比里亚、刚果、纳米比亚、赞比亚、莫桑比克、坦桑尼亚、刚果民主共和国、中非等地开展微电网、迷你电网等方面的投资。对于阿尔及利亚、利比亚、埃及、南非等地，开展信息化、数字化、电能质量质量装置、智能电表等方面的投资。
3.2 阶段性投资规划建议
对于初入非洲电力市场，或者对非洲电力市场的技术需求、市场特征、商业模式等不熟悉的企业主题，建议以技术需求调研、工程示范与推广建设、拓宽业务范围三个阶段，逐步建立品牌，稳固推进市场战略。
1）充分研究用户市场，指定针对性项目方案
成立调研团队与技术团队，负责非洲电力市场与技术需求调研，主要包括非洲微电网建设需求热度分布、当地电力建设规划与投资建设环境、对手市场开拓情况与投资建设规划等；技术需求主要包括负荷规模、可靠性指标需求、设备技术与系统调度需求等。在开展调研成果的基础上，完成定制化设计方案。同时，应从建设管理、设备管理、运行管理，以及商业模式等方面提前布局，把控技术与投资风险。
2）开展示范建设，扩大市场份额
在前期调研与方案设计的基础上，以“建设一批、示范一批、推广一批”的应用原则为导向，循序渐进的稳固推进非洲电网的建设步伐。可先以毛里塔尼亚、利比里亚、刚果、纳米比亚等地区推广微电网或者迷你电网的建设方案，并在上述不同地区建立数个精品示范工程。
在工程技术、市场、公关等方面开展工作的基础上，探索全面在非洲开展微电网、迷你电网，以及配电网的建设的步伐。国际能源署预计，在未来20~25年内，非洲迷你电网的需求将会在4000~8000个之间，市场需求相当可观。
同时，鉴于非洲配电网系统亟需改造升级、电能质量问题突出、电力计量系统不完善偷电现象严重等问题，可向非洲市场提供电能质量治理装置、高级计量表计、配电系统设备等。
3）积极参与主干网建设，拓宽业务范围
电力系统的区域互联是未来电力系统发展的方向，区域互联是实现电力资源优化配置、提高能源效率的有效途径。在拓展规模化需求的微电网以及迷你电网市场的同时，积极投身非洲国家以及区域主干电网的建设中。
4 结语
本文对非洲电网现状的技术特征与缺点、推进电气化思路进行了探讨，并给出了推进非洲电气化的推荐方案，最后提出非洲电网的投资建议，希望对关注非洲电力市场的企业能够提供相应的参考。
参考文献：
[1]朱利伟，非洲电力投资前景可期【J】.中国投资，2017，02：46-49
[2]智宇珅，电亮非洲【J】.中国投资，2018，04：49-51
[3]刘振亚，全球能源互联网跨国跨洲互联研究及展望【J】. 中国电机工程学报，2016，16：5103-5110
作者简介：
王岗（1984.10.11），男；陕西榆林；汉族；硕士研究生；工程师；研究方向：新能源接入、分布式发电；西安西电电气研究院有限责任公司。
论文作者:王岗,魏旭辉
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/17
标签：非洲论文; 电网论文; 电力论文; 系统论文; 能源论文; 太阳能论文; 技术论文; 《河南电力》2018年8期论文;