Scaling-up sustainable energy-based rural electrification in developing countries: challenges and policy implications

Laura Marcela Hinestroza Olascuaga

Key information

Authors:

Laura Marcela Hinestroza Olascuaga (Laura Marcela Hinestroza Olascuaga)

Supervisors:

Célia Maria Santos Cardoso de Jesus (Célia Maria Santos Cardoso de Jesus); Pedro Manuel Santos de Carvalho (Pedro Manuel Santos de Carvalho)

Published in

March 7, 2023

Abstract

Proporcionar um acesso energético fiável a comunidades remotas e rurais é uma condição necessária para promover o desenvolvimento social e económico. Infelizmente, há cerca de 759 milhões de pessoas em todo o mundo que ainda não têm esse serviço básico (em 2019) e cerca de 53% delas vivem na África Subsaariana. Esse cenário também se repete na América do Sul, onde o maior déficit ainda está presente em áreas rurais, em países como Bolívia, Colômbia e Peru, onde as taxas de acesso à eletricidade rural estão abaixo de 90% (em 2019). Alcançar o acesso universal requer um planeamento energético integrado que facilite a concepção e operação sustentáveis de projetos de eletrificação rural a longo prazo. Tradicionalmente, o conceito de sustentabilidade está associado ao quadro de resultados triplos (TBL), composto por três dimensões-chave ou princípios de sustentabilidade: social, ambiental e económico. No entanto, o trabalho apresentado nesta tese pretende captar outras perspectivas que afetam a sustentabilidade de projetos de eletrificação rural, além da abordagem TBL. Esta tese de doutorado se preocupa em apoiar o planeamento da eletrificação rural nos países em desenvolvimento, contabilizando não apenas os aspectos técnicos, mas também as dimensões social, económica, financeira, comercial, ambiental, política e cultural. Ao fazê-lo, esta tese engloba os estudos de caso da Bolívia, Peru e Colômbia para destacar a importância de interações coordenadas entre os principais interessados, a saber, o governo, formuladores de políticas, fornecedores de energia, investidores privados, doadores e instituições de financiamento. Usando uma abordagem de pesquisa de métodos mistos, que combina análise qualitativa e quantitativa, esta tese de doutoramento estuda a validade e as limitações de diferentes métodos que suportam o planejamento de eletrificação rural, baseado na combinação de abordagens qualitativas e quantitativas. Principais contribuições são derivadas da resposta a quatro perguntas de pesquisa: A primeira diz respeito a explorar se os programas atuais de eletrificação estão atingindo os domicílios rurais mais pobres. O segundo investiga os principais fatores que determinam a sustentabilidade a longo prazo de projetos de eletrificação fora da rede em comunidades rurais e remotas. O terceiro envolve a identificação dos maiores fatores de risco em projetos de eletrificação fora da rede. Finalmente, a quarta questão analisa o papel das principais partes interessadas na abordagem dos principais desafios nos esforços de eletrificação rural e, assim, alcançar as comunidades da última milha. As principais contribuições desta tese referem-se a: (i) Primeiramente, utilizar indicadores socioeconómicos complementares, como o Índice de Pobreza Multidimensional, poderia complementar as Necessidades Básicas Insatisfeitas tradicionais (UBN) por capturar informações mais relevantes que poderiam levar a medições mais precisas da pobreza e intervenções de eletrificação rural, não apenas na Bolívia, mas também na Colômbia; (2) Em segundo lugar, este estudo integra duas dimensões adicionais de sustentabilidade ao quadro TBL, nomeadamente os critérios técnicos e comerciais, através da implementação da Medição da Atratividade por uma Técnica de Avaliação Baseada em Categorias (MACBETH); (3) Em terceiro lugar, implementa uma técnica de fluxo de caixa de desconto estocástico combinada com simulação de Monte Carlo para incorporar as principais incertezas e quantificar os riscos de negócios e investimentos associados a um projeto fotovoltaico fora da rede, e (4) O conceito de avaliação de sustentabilidade para seleção de locais foi considerado estimando-se uma pontuação composta que agrupa cada alternativa considerando três categorias possíveis de sustentabilidade: Altamente sustentável, Sustentável e Insustentável. Com base nessas contribuições, esta tese propõe um conjunto de ideias para a formulação de políticas focadas na integração e ampliação de sistemas baseados em energia renovável sustentável em áreas não eleitas de países em desenvolvimento. Esta tese pode oferecer algum direcionamento para desenvolvedores de projetos e potenciais investidores dispostos a realizar avaliações de sustentabilidade no setor de eletrificação rural. Providing reliable energy access to remote and rural communities is a necessary condition for fostering social and economic development. Unfortunately, there are about 759 million people across the globe who still lack this basic service (as of 2019) and about 53% of them live in Sub-Saharan Africa. This scenario also replicates in South America, where the highest deficit is still present in rural areas, namely in countries such as Bolivia, Colombia, and Peru, where rural electricity access rates are below 90% (as of 2019). Achieving universal access requires an integrated energy planning that facilitates the sustainable design and operation of rural electrification projects over the long term. Traditionally, the concept of sustainability is associated with the triple bottom line (TBL) framework, composed of three key dimensions or principles of sustainability: social, environmental, and economic. However, the work presented in this thesis intends to capture other perspectives that affect the sustainability of rural electrification projects, beyond the TBL approach. This doctorate thesis is concerned with supporting rural electrification planning in developing countries by accounting not only for technical aspects, but also for social, economic, financial, commercial, environmental, policy, and cultural dimensions. In doing so, this thesis encompasses the case studies of Bolivia, Peru, and Colombia to highlight the importance of coordinated interactions between key stakeholders, namely, the government, policymakers, energy providers, private investors, donors, and financing institutions. Using a mixed methods research approach, which combines qualitative and quantitative analysis, this doctorate thesis studies the validity and limitations of different methods that support rural electrification planning, based on the combination of both qualitative and quantitative approaches. To address this objective, this thesis focuses on four research questions: The first one concerns exploring whether current electrification programs are reaching the poorest rural households. The second one investigates the key factors that determine the long-term sustainability of off-grid electrification projects in rural and remote communities. The third one involves identifying the biggest drivers of risk in off-grid electrification projects. Finally, the fourth question analyses the role of key stakeholders in addressing the main challenges in rural electrification efforts and thus reaching the last mile communities. The main contributions derived from this thesis refers to: (i) First, using complementary socioeconomic indicators, such as the Multidimensional poverty index could complement the traditional Unsatisfied Basic Needs (UBN) index by capturing more relevant information that could lead to more accurate poverty measurements and rural electrification interventions, not only in Bolivia but also in Colombia; (2) Second, this study integrates two additional sustainability dimensions to the TBL framework, namely the technical and commercial criteria, by implementing the Measuring Attractiveness by a Categorical Based Evaluation Technique (MACBETH); (3) Third, it implements a stochastic discount cash flow technique combined with Monte Carlo simulation to incorporate key uncertainties and quantify the business and investment risks associated with an off-grid solar PV project, and (4) the concept of sustainability assessment for site selection was considered by estimating a composite score that groups each alternative considering three possible categories of sustainability: Highly sustainable, Sustainable, and Unsustainable. Based on these contributions, this doctorate proposes a set of insights for policymaking focused on mainstreaming and scaling up sustainable renewable energy-based systems in non-electrified areas of developing countries. This thesis may offer some direction for project developers and potential investors willing to undertake sustainability assessments in the rural electrification sector.