Access to energy in rural Tanzania : electrical load curves evaluation and energy demand assessment of 13 villages in Njombe region

This study arises from a request for collaboration with CEFA to the Department of Energy of Politecnico di Milano. CEFA is a Non-Government Organization who is working on its latest rural electrification project for the installation of a small hydro power plant in order to bring access to electricity to 13 rural villages in Njombe region, in Tanzania. The purpose of this work, which included a mission of one month and half, consisted in carrying out an assessment of energy needs and consumptions of the 13 non electrified villages. The first goal of this thesis was to estimate the future electrical energy demand of the villages when CEFA electrification project will be completed. The goal was achieved by using a novel methodology implemented in a software for estimating electrical load curve in rural contexts developed by the Department of Energy at Politecnico di Milano. The second goal consisted in evaluating primary energy consumptions of the villages. After collecting data about energy consumption for each source used, data collected was reorganized and processed and final energy consumptions for each source were calculated. Results of the future load curve estimations show that a study based on collecting data on site and using a software for the load profiles generation in rural contexts may lead to considerably different results than an estimation based on hypothesis and information from literature studies of similar rural contexts. Results of the energy demand assessment demonstrate that the energy balance of the villages is characterized by a strong dependence on biomass source, typical of rural areas in developing countries. Indeed, results show that more than 80% of primary energy demand of the villages is met by firewood and charcoal. The overuse of biomass inevitably leads to the problems of smoke inhalation and deforestation. In conclusion, results of this thesis may be useful for CEFA to achieve an optimal technical-economical design and implementation of its electrification project and for possible future interventions aimed at reducing the dependence on traditional and fossil primary fuels within the study area.

Questo studio nasce dalla collaborazione tra il dipartimento di energia del politecnico di Milano e CEFA, Organizzazione Non-Governativa che sta lavorando ad un progetto di elettrificazione rurale (chiamato progetto Ninga-SHPP) per la realizzazione di un impianto mini idroelettrico con lo scopo di portare accesso all’energia elettrica in 13 villaggi rurali nella regione di Njombe in Tanzania. Lo scopo di questo lavoro, che ha previsto una missione nella regione di Njombe della durata di un mese e mezzo, è stato quello di effettuare uno studio su consumi e bisogni energetici dei 13 villaggi non elettrificati Il primo obiettivo è stato quello di stimare la domanda futura di energia elettrica dei villaggi nel momento in cui il progetto di elettrificazione di CEFA sarà completato ed è stato raggiunto utilizzando una metodologia implementata in un software per la stima di curve di carico in contesti rurali sviluppato dal Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. Il secondo obiettivo è stato la valutazione dei consumi energetici attuali nei suddetti villaggi. Dopo una raccolta dati sui consumi di ciascuna fonte di energia primaria utilizzata, i dati raccolti sono stati organizzati e elaborati e i consumi finali per ciascuna fonte primaria di energia sono stati calcolati. I risultati della stima della domanda elettrica futura dei villaggi mostrano come uno studio basato su una raccolta dati in loco e l’utilizzo di un software apposito per la stima di curve di carico in contesti rurali possa portare a risultati molto differenti rispetto ad una stima effettuata sulla base di ipotesi e informazioni dalla letteratura corrente di contesti simili. I risultati della valutazione della domanda di energia primaria dei villaggi confermano la condizione di forte dipendenza da biomassa tipica dei villaggi rurali dei paesi in via di sviluppo. I risultati mostrano infatti che più dell’80% della domanda di energia primaria dei villaggi viene soddisfatta dal legname e da carbonella. Il sovra consumo di biomassa in queste aree porta inevitabilmente a problemi di intossicazione da fumi colpendo soprattutto donne e bambini e al problema della deforestazione. In conclusione i risultati di questa tesi saranno utilizzati da CEFA per una realizzazione ottimale del suo progetto e per futuri interventi volti a ridurre la dipendenza da combustibili fossili e tradizionali nell’area di studio.