Methodological approach for the design of sustainable electrification in developing countries through demand side management: the case study of Ghana

Felix Amankwah Diawuo

Key information

Authors:

Felix Amankwah Diawuo (Felix Amankwah Diawuo)

Supervisors:

Carlos Augusto Santos Silva (Carlos Augusto Santos Silva); Patrícia de Carvalho Baptista (Patrícia De Carvalho Baptista); André Alves Pina (André Alves Pina)

Published in

July 2, 2020

Abstract

A distribuição de eletricidade sustentável, confiável e acessível é um ponto importante para o desenvolvimento socioeconómico em todas as sociedades modernas. Infelizmente, para muitos países em desenvolvimento, isso ainda é um mito, em grande parte devido a restrições de fornecimento de eletricidade. Apesar desses desafios, as iniciativas de destão da procura geralmente não são exploradas, especialmente no setor residencial, que contribui significativamente para a procura média e de ponta. Isso geralmente é atribuído a dados insuficientes de consumo de eletricidade das famílias, falta de informações sobre o comportamento do utilizador final e à escassez de avaliações técnicas e económicas detalhadas para determinar o seu potencial para o desenho e implementação adequada de políticas. O trabalho apresentado nesta tese utiliza abordagens mistas para avaliar as oportunidades e o potencial das medidas de gestão da procura no setor residencial e avalia ainda o seu impacte no planeamento da capacidade de geração de eletricidade. O Gana é usado como estudo de caso devido ao seu compromisso político e esforços desenvolvidos na implementação de soluções para resolver os problemas de acesso à eletricidade. Uma análise feita para o Gana pode fornecer uma curva de aprendizagem positiva para outros países em desenvolvimento. Os resultados resumidos indicam que os programas de eficiência energética de eletrodomésticos podem reduzir o consumo de eletricidade em 25 a 51%, enquanto que a gestão da procura pode reduzir a ponta média diária em 2 a 14%. Essas intervenções podem minimizar o custo de fornecer nova capacidade de geração em 10 a 45%. Este trabalho mostra ainda que as medidas de gestão da procura podem obter com sucesso benefícios económicos e ambientais além da economia de energia. De fato, para efetivar economias de energia e de custos, os fornecedores e consumidores de serviços públicos precisam de cooperar efetivamente na entrega de informação e de feedback ao consumidor, devendo ser desenvolvidos esforços para incentivar os consumidores a equilibrar os benefícios entre eles. Para recuperar esses benefícios de maneira sustentável, devem ser desenvolvidas políticas eficazes relacionadas com o efeito de rebound que não existem atualmente, simultaneamente com as políticas de gestão da procura para evitar o crescumento acentuado da ponta do sistema. The distribution of sustainable, reliable and affordable electricity is an anchorage for socio-economic development in every modern society. Unfortunately, for many developing countries, this is still a myth largely due to electricity supply constraints. Despite these challenges, demand side management initiatives which are a low hanging fruit are often unexplored especially in the residential sector which contributes significantly to average and peak demands. This is often attributed to insufficient household electricity consumption data, lack of end user behaviour information and the dearth of detailed technical and economic assessment to ascertain its potential for proper policy design and implementation. The work presented in this thesis uses mixed method approaches to assess the opportunities and potential of demand side management measures in the residential sector and further evaluates its impact on electricity generation capacity planning. Ghana is used for a case study because of its political commitment and efforts in implementing solutions to address the electricity access issues. An analysis done for Ghana can provide a positive learning curve for other developing countries. The summary results indicate that appliance energy efficient programmes could reduce electricity consumption by 25-51% while demand response could reduce the average daily peak load by 2-14%. These interventions could minimise the cost of providing new generation capacity by 10-45%. The outcome further shows that demand side management measures could successfully attain economic and environmental benefits beyond energy savings itself. Indeed, to actualize energy and cost savings, utility providers and consumers need to cooperate effectively on information delivery and feedbacks while efforts should be made to incentivize consumers to balance the benefits between them. To sustainably recoup these benefits, effective policies that are currently non-existent on the concept of rebound effect should be developed concurrently with demand side management policies to avoid possible system peak hikes.