electricity access in informal settlements. a case study in nairobi: kingstone, mukuru.

Today, about one in four people in cities live in informal settlements facing multi-faced issues which include lack of access to basic services such as reliable and safe electricity. After presenting an overview of the issue, this study investigates the main barriers and dynamics that prevent slum dwellers to access electricity, reviewing also the three main options for electrification, focusing on the mini grid solution. Subsequently, a systematic literature review regarding the electricity access in informal settlements and slums is carried out, comparing the statistical findings with those related to two other similar contexts: rural areas and refugee camps. A specific integrative literature review on the publications found is also carried out, establishing an overall gap in the literature regarding the topic under study. Through a structured methodology and based on a field survey provided by the ‘Sustainable Energy Education District for informal settlements (SEED) Initiative’ regarding the informal settlement of Mukuru, Nairobi, a load curve estimation calculated with RAMP-opensource is presented, proposing results both for the restricted sample analysed and for the extended community of Kingstone, comparing the results with the World Bank Multi-tier Framework. Subsequently, the study proposes the modelling of 4 main configurations of hybrid mini grid for the area studied, based on the least cost optimal solution of different technology mixes, using MicroGridsPy. Moreover, the LP formulation of the model is replaced with a MILP formulation, also adding the possibility to evaluate the partial load effect of the backup generators. Particularly, the results show that only the hybrid mini grid connected to the national grid and with the biogas generator as a backup would be competitive with the national electricity tariff, while the other solutions reach the competitiveness with proper sensitivity analysis. In particular, the hybrid mini grid with a diesel generator, would be competitive with at least a 50% reduction in the fuel price for the off-grid case, and 40% in the on-grid one. The off-grid biogas scenario, instead, becomes competitive with less than 80% renewable penetration. Moreover, the partial load effect applied to the diesel scenarios increases the LCOE of 33-38% and 19-18% respectively in the off and on-grid option. To conclude, the present research apports 3 main contributions to the topic analysed: firstly, a systematic literature review previously not presented; secondly, load curves for an informal settlement are reported; and, finally, a novel solution is modelled for the community analysed.

Oggi, circa una persona su quattro nelle città vive in insediamenti informali e deve affrontare problemi di varia natura, tra cui la mancanza di accesso a servizi di base come l'elettricità affidabile e sicura. Dopo aver presentato una panoramica del problema, questo studio analizza le principali barriere e dinamiche che impediscono agli abitanti degli slum di accedere all'elettricità, riassumendo anche le tre principali opzioni per l'elettrificazione, concentrandosi sulla soluzione della mini-rete. Successivamente, viene effettuata una revisione sistematica della letteratura sull'accesso all'elettricità negli insediamenti informali, confrontando i risultati statistici con quelli relativi ad altri due contesti simili: le aree rurali e i campi profughi. Viene inoltre effettuata una specifica revisione integrativa della letteratura sulle pubblicazioni trovate, riscontrando, nel complesso, una lacuna nella letteratura relativa all'argomento oggetto di studio. Attraverso una metodologia strutturata e sulla base di un'indagine sul campo fornita dalla SEED Initiative relativa all'insediamento informale di Mukuru, Nairobi, viene presentata una stima della curva di carico calcolata con RAMP-opensource, proponendo risultati sia per il campione, sia per la comunità estesa di Kingstone, confrontando i risultati con il Multi-tier Framework della World Bank. Successivamente, lo studio propone la modellazione di quattro configurazioni principali di mini-rete ibrida, basate sulla soluzione ottimale al minor costo di diversi mix tecnologici, utilizzando MicroGridsPy. Inoltre, la formulazione LP del modello viene sostituita con una MILP, aggiungendo anche la possibilità di valutare l'effetto di carico parziale dei generatori. In particolare, i risultati mostrano che solo la mini-rete ibrida collegata alla rete nazionale e con generatore a biogas sarebbe competitiva con la tariffa elettrica nazionale. Considerando le altre soluzioni invece, la mini-rete ibrida con generatore diesel sarebbe vantaggiosa con una riduzione del prezzo del carburante di almeno il 50% nel caso off-grid e del 40% in quello on-grid. Lo scenario off-grid a biogas, invece, diventa competitivo con una penetrazione rinnovabile inferiore all'80%. Inoltre, l'effetto di carico parziale applicato agli scenari con generatore diesel aumenta il LCOE del 33-38% e del 22-21% rispettivamente nell'opzione off e on-grid. In conclusione, la presente ricerca apporta tre contributi principali: in primo luogo, una revisione sistematica della letteratura che non era mai stata presentata; in secondo luogo, vengono riportate le curve di carico per un insediamento informale; infine, viene modellata una soluzione innovativa per la comunità analizzata.