Geospatial planning for least-cost electrification in developing countries

In the context of global challenges for energy access, particularly acute in sub-Saharan Africa, around 685 million people remain without electricity and the region is looking for solutions. To address these challenges, two innovative plugins have been developed in QGIS: the Buffering Plugin, which identifies communities, and the Grid Routing & Allocation Costs Plugin, which deals with electric grid design and economic evaluation. The Buffering Plugin allows the identification of potential electrification zones through both population-based and building-based approaches, thus adapting to different data sources. The Grid Routing & Allocation Costs Plugin, on the other hand, introduces three key processes: a hierarchical clustering for grouping the settlements, an modified Minimum Spanning Tree algorithm that allows connectivity to any point on the existing infrastructure and to the expanding grid, and a new cost allocation methodology that provides village specific LCOE calculations to select the optimal electrification strategy between grid extension and mini-grid. The validation of the two plugins took place through the application in a real case study in Zambia, which produced interesting results, and with a subsequent comparison, in a delimited region in Zambia utilizing the GISEle planning tool. In this context, it was shown that, although the plugins developed do not take into account all the geographical characteristics and constraints of the terrain, they offer significant advantages in terms of computational efficiency and accessibility, potentially accelerating progress towards universal access to electricity in developing regions. The work finally suggests an optimal two-step approach: the use of these plugins for an initial large-scale assessment, followed by a detailed analysis with sophisticated tools when the complexity of the terrain requires it.

Nel contesto delle sfide globali per l'accesso all'energia, particolarmente acute nell'Africa subsahariana, circa 685 milioni di persone rimangono senza elettricità e la regione è alla ricerca di soluzioni. Per affrontare queste sfide sono stati sviluppati due innovativi plugin in QGIS: il Plugin Buffering , che identifica le comunità, e il Plugin Grid Routing & Allocation Costs, che si occupa della progettazione della rete e della valutazione economica. Il Buffering Plugin consente di identificare le zone di potenziale elettrificazione attraverso approcci sia basati sulla popolazione che sugli edifici, adattandosi così a diverse fonti di dati. Il Plugin Grid Routing & Allocation Costs introduce invece tre processi chiave: un clustering gerarchico per il raggruppamento degli insediamenti, un algoritmo avanzato di Minimum Spanning Tree che consente la connettività a qualsiasi punto dell'infrastruttura esistente e alla rete in espansione e una nuova metodologia di allocazione dei costi che fornisce calcoli del LCOE specifici per ogni villaggio per selezionare la strategia di elettrificazione ottimale tra estensione di rete e mini grid. La convalida dei due plugin è avvenuta attraverso l'applicazione in un caso studio reale in Zambia, la quale ha prodotto interessanti risultati e con il successivo confronto,in una regione delimitata della Zambia, con lo strumento di pianificazione GISEle. In questo contesto si è dimostrato che, sebbene i plugin sviluppati non considerano tutte le caratteristiche e vincoli geografici del territorio, offrono vantaggi significativi in termini di efficienza computazionale e accessibilità, accelerando potenzialmente i progressi verso l'accesso universale all'elettricità nelle regioni in via di sviluppo. Il lavoro infine suggerisce un approccio ottimale in due fasi: l'uso di questi plugin per una valutazione iniziale su larga scala, seguita da un'analisi dettagliata con strumenti sofisticati quando la complessità del terreno lo richiede.