Scaling electric cooking in urban Tanzania: the role of digital innovation under the CESP framework

This thesis addresses a critical challenge of the just energy transition: reconciling rapid decarbonization with universal access to modern energy services in urbanizing Sub Saharan African contexts. While electric cooking (eCooking) is a promising bridge between climate and development goals, its scale-up is often hindered by fragmented planning that fails to link technical, behavioural, and financial dimensions. To address this, the research applies the Comprehensive Energy Solution Planning (CESP) framework to a pilot project involving induction cookstoves in Arusha, Tanzania. By integrating stochastic load modelling with an Artificial Neural Network (ANN) surrogate model, the study develops a risk S-curve to define technically safe adoption thresholds for constrained distribution networks. Key findings fundamentally reshape the eCooking narrative: grid capacity, rather than user willingness, constitutes the primary bottleneck for scalability. In the studied context, existing infrastructure can safely accommodate only a 15% penetration rate (approximately 780 stoves), beyond which the risk of system overload exceeds acceptable reliability thresholds. This technical ceiling proportionally caps the aggregate climate and development potential, limiting annual emission reductions to 1,303 𝑡𝐶𝑂2,𝑒𝑞, thus constraining carbon credit generation. Furthermore, the thesis introduces a governance innovation by deploying AI supported data integrity mechanisms to automate the verification of carbon credit documentation, increasing monitoring coverage from 30% to 100% while reducing administrative costs. Ultimately, this research provides an integrated, evidence-based methodology to reduce uncertainty and support informed decision-making for scalable, robust clean cooking interventions.

Questa tesi affronta una sfida cruciale della transizione energetica equa: conciliare la rapida decarbonizzazione con l'accesso universale ai servizi energetici moderni nei contesti urbani dell'Africa subsahariana. Sebbene la cottura elettrica (eCooking) rappresenti un ponte promettente tra gli obiettivi climatici e quelli di sviluppo, la sua diffusione su larga scala è spesso ostacolata da una pianificazione frammentata che non riesce a collegare le dimensioni tecniche, comportamentali e finanziarie. Per affrontare questo problema, la ricerca applica il quadro Comprehensive Energy Solution Planning (CESP) a un progetto pilota che coinvolge fornelli a induzione ad Arusha, in Tanzania. Integrando la modellizzazione stocastica del carico con un modello surrogato di rete neurale artificiale (ANN), lo studio sviluppa una curva a S del rischio per definire soglie di adozione tecnicamente sicure per reti di distribuzione limitate. I risultati principali ridefiniscono radicalmente la narrativa dell'eCooking: la capacità della rete, piuttosto che la disponibilità degli utenti, costituisce il principale ostacolo alla scalabilità. Nel contesto studiato, l'infrastruttura esistente può tranquillamente ospitare solo un tasso di penetrazione del 15% (circa 780 fornelli), oltre il quale il rischio di sovraccarico del sistema supera le soglie di affidabilità accettabili. Questo limite tecnico limita proporzionalmente il potenziale complessivo in termini di clima e sviluppo, limitando le riduzioni annuali delle emissioni a 1.303 tCO_(2,eq) e limitando così la generazione di crediti di carbonio. Inoltre, la tesi introduce un'innovazione nella governance attraverso l'implementazione di meccanismi di integrità dei dati supportati dall'intelligenza artificiale per automatizzare la verifica della documentazione relativa ai crediti di carbonio, aumentando la copertura del monitoraggio dal 30% al 100% e riducendo i costi amministrativi. In definitiva, questa ricerca fornisce una metodologia integrata e basata su dati concreti per ridurre l'incertezza e supportare un processo decisionale informato per interventi di cottura pulita scalabili e robusti