On-grid and off-grid demand evolution for geospatial enhanced energy planning : Kenya case study

Kenya is one of the most promising developing country in Sub-Saharan Africa. It has seen a widespread development, but a large part of the population in rural areas still lacks access to electricity, in contrast to the ambition of reaching universal energy access in 2022, as stated in the Vision 2030 program. In this study, electricity access is framed from a socio-economic point of view, studying the households fuel choices in an analysis of the path towards an energy transition, from the time in which households do not have electricity access at all, to when they eventually get access to the national grid. Possible electricity access transitions were investigated, in which the determinants of grid electricity and solar home system (SHS) adoption were acknowledged. Electricity demand is characterised with a sectoral-disaggregated bottom-up / top-down hybrid approach and, to support the design energy access interventions, a comprehensive electrification spatial model is developed to identify optimal strategies for the different locations. The study builds on the open-source modelling framework OSeMOSYS. Its longterm, least-cost technology optimization is enhanced with an inclusive geospatial mapping of the existing energy infrastructure and natural resources in Kenya. Further, a network expansion model is introduced, advising on the dynamic on-grid / off-grid solutions distinction in time. A sensitivity analysis is designed to address instabilities in the model and explore plausible deviations form the modelling assumptions. In addition, the model output is compared to the National Master Plan of Kenya, and insights are offered in a comparison with two different IEA scenarios. Findings suggest that while Kenya is moving in the right direction, at the current pace, worsen by the holdup caused by Covid-19 crisis, it will not be able to meet its targets as soon as expected, reaching universal access nearby 2030. The proposed framework allows to explore new scenarios to meet the energy requirements of the nation in future pathways.

Il Kenya è uno dei paesi in via di sviluppo più promettenti dell’Africa sub-Sahariana. Nell’ultimo decennio ha visto un notevole sviluppo ma, nonostante ciò, buona parte della popolazione nelle aree rurali non ha ancora accesso all’elettricità, in opposizione con l’ambizione di raggiungere l’accesso universale all’energia entro il 2022, come affermato nel programma Kenya Vision 2030. In questo studio, l’accesso all’elettricità è inquadrato da un punto di vista socioeconomico, studiando le scelte di combustibile nell’analisi della transizione energetica delle famiglie, dal momento in cui le non hanno accesso all’elettricità, a quando finalmente ottengono l’accesso alla rete nazionale. Sono state studiate le possibili transizioni di accesso all’elettricità, in cui sono stati riconosciuti i determinanti dell’adozione dell’elettricità dalla rete e di sistemi solari stand-alone (SHS). La domanda di energia elettrica è caratterizzata da un approccio ibrido bottom-up/top-down disaggregato a livello settoriale e, a supporto degli interventi di espansione dell’accesso elettrico, è stato sviluppato un modello spaziale di elettrificazione per identificare strategie ottimali nelle le diverse località. Lo studio si basa sul framework di modellazione open source OSeMOSYS. L’ottimizzazione tecnologica a lungo termine che performa, è stata migliorata ed integrata con una mappatura geo-spaziale inclusiva delle infrastrutture energetiche esistenti e delle risorse naturali. Inoltre, viene introdotto un modello di espansione della rete, che suggerisce dinamicamente a OSeMOSYS la distinzione delle soluzioni ongrid / off-grid nel tempo. Un’analisi di sensibilità è stata progettata per verificare le instabilità nel modello e per esplorare plausibili deviazioni dalle ipotesi di modellazione. Inoltre, l’output del modello è stato confrontato con il National Master Plan del Kenya e degli approfondimenti sono offerti in un accostamento con due diversi scenari IEA. I risultati suggeriscono che, nonostante il Kenya si stia muovendo nella giusta direzione, al ritmo attuale, rallentato dalla crisi dovuta al Covid-19, non sarà in grado di raggiungere gli obiettivi previsti, arrivando all’accesso elettrico universale solamente intorno al 2030. In questa direzione, il framework proposto consente di esplorare nuovi scenari per soddisfare il fabbisogno energetico della nazione in percorsi futuri.