Tesis:
Accelerating the implementation of electric cooking in low- and middle- income countries
- Autor: SÁNCHEZ JACOB, Eduardo
- Título: Accelerating the implementation of electric cooking in low- and middle- income countries
- Fecha: 2021
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL Y DEL MEDIO AMBIENTE
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/69801/
- Director/a 1º: LUMBRERAS MARTÍN, Julio
- Director/a 2º: PÉREZ ARRIAGA, José Ignacio
- Resumen: En 2019, el número de personas sin acceso a servicios energéticos asequibles, fiables y modernos para cocinar (MECS) ascendía a unos 4.000 millones, más de la mitad de la población mundial, y las consecuencias de la falta de MECS son muy relevantes. En 2019, 2,31 millones de personas murieron prematuramente como consecuencia de la contaminación del aire en los hogares asociada al uso de estufas con biomasa, el 4% de todas las muertes en el mundo. La recogida de leña y carbón vegetal de forma insostenible agrava los problemas de deforestación y contribuye al cambio climático. Las mujeres suelen dedicar más tiempo a la recogida de leña, el cocinado y su limpieza asociada, y se ven más afectadas por la mala calidad del aire interior. El Objetivo de Desarrollo Sostenible 7, aprobado por las Naciones Unidas en 2015, busca "Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna para todos". Sin embargo, los avances en el acceso a las MECS son muy lentos, y con las políticas y compromisos actuales, el número de personas sin cocinado limpio se reducirá en menos del 10% en 2030, por lo que es imprescindible un cambio radical en los próximos años para alcanzar ese objetivo. El cocinado con electricidad (eCooking) ha avanzado en los Países de Renta Baja y Media (LMIC) desde un 3% del total en 2000 (140 millones de personas) hasta un 7% en 2019 (450 millones), pero aún está lejos de alcanzar su potencial y acercarse a las cifras de los países desarrollados (por ejemplo, 70% en España). El principal objetivo de esta tesis es acelerar la transición a la eCooking en los LMIC, proporcionando información sobre el cocinado eléctrica y una metodología, probada en un estudio de caso, para fomentar el despliegue de estas tecnologías mediante la planificación eléctrica. La transición al eCooking se producirá sustituyendo progresivamente los sistemas de cocinado existentes, en algunos casos, conviviendo durante un tiempo varios sistemas en el mismo hogar. Con el fin de conocer en detalle la información necesaria para abordar la transición a la eCooking y sus impactos, el capítulo 2 analiza los principales sistemas de cocinado y su conceptualización, describiendo las opciones de eCooking, revisando los principales impactos y cómo se miden, analizando las prácticas de cocinado habituales y concluyendo con una propuesta de asignación de tareas de cocinado al eCooking para conseguir un cocinado eficiente. La planificación de la electrificación es fundamental para lograr el eCooking y el acceso a la electricidad. Aunque los modelos geoespaciales de electrificación tienen una larga trayectoria en la literatura, su uso para MECS está en una fase incipiente. Para conocer cómo debe modelarse la demanda de eCooking para la planificación de la electrificación y cuáles serían los impactos de su incorporación en la electrificación de zonas aún no electrificadas, el capítulo 3 desarrolla el caso concreto de la electrificación del distrito de Nyagatare, en Ruanda. Una vez presentado el contexto, se desarrolla una metodología para establecer los posibles escenarios, los perfiles de demanda, el análisis de costes y la estimación de los impactos sobre las emisiones de gases de efecto invernadero y la deforestación, utilizando el Reference Electrification Model (REM), una herramienta geoespacial de planificación. La transición a MECS se ve afectada por muchos factores, como las políticas públicas, el desarrollo del mercado y de la industria, la disponibilidad de combustibles alternativos, el entorno físico, la asequibilidad de los hogares, las necesidades y las percepciones de las personas que cocinan. Para saber qué medidas pueden facilitar la transición al eCooking, el capítulo 4 analiza los factores que han influido en otros procesos de transición de cocinado e identifica un conjunto de medidas para promover la transición del eCooking. Como resultado de la investigación, se puede observar que los impactos de la cocina son altamente contextuales y dependen de muchas variables; por lo tanto, extrapolar datos de un contexto a otro supone el riesgo de incorporar un gran margen de error, y en muchos casos, es necesario realizar un trabajo de campo para obtener datos fiables. El estudio de caso del distrito de Nyagatare indica que la metodología desarrollada proporciona información útil para ayudar a la toma de decisiones. La hipotética penetración de la cocina eléctrica cambiaría sustancialmente la fracción de hogares con cada modo de electrificación y conduciría a una reducción del coste del kWh. El eCooking puede ser competitivo en costes en comparación con el gas licuado de petróleo para los hogares conectados a la red. La sustitución de la leña y el carbón vegetal por la electricidad es un medio eficaz para lograr la reducción de las emisiones de GEI. Se han identificado 57 medidas para promover el eCooking para generar un entorno propicio, apoyar a la industria, y satisfacer las necesidades de los usuarios y de la comunidad. El documento concluye proponiendo futuras investigaciones con vistas a facilitar la estimación de los impactos de la cocción mediante encuestas rápidas, completar el Reference Electrification Model (REM) con un modelo que incorpore con más detalle combustibles que compiten con la electricidad, y las necesidades y preferencias de los usuarios, y realizar varios estudios de casos nacionales para medir la viabilidad, el impacto y el coste-beneficio de las medidas identificadas. ----------ABSTRACT---------- The number of people without access to affordable, reliable and modern energy cooking services (MECS) was around 4 billion in 2019, more than half of the world's population, and the consequences of the lack of MECS are significant. In 2019, 2.31 million people died prematurely as a result of Household Air Pollution (HAP) associated with cookstoves, 4 per cent of all deaths worldwide. The gathering of firewood and charcoal in an unsustainable manner exacerbates deforestation problems and contributes to climate change. Women often bear a greater burden in terms of collecting firewood, cooking and cleaning, and they are more affected by HAP. Sustainable Development Goal 7, approved by the United Nations in 2015, seeks to “ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all”. However, progress on access to MECS is very slow, and given the current policies and commitments, the number of people without clean cooking facilities will be reduced by less than 10% by 2030. A radical change in the coming years is imperative to meet the desired goal. Cooking with electricity (eCooking) has advanced in Low- and Middle- Income Countries (LMIC) from being 3% of the total cooking in 2000 (140 million) to 7% in 2019 (450 million), but it is still far from realising its potential and nearing the figures of developed countries (e.g., 70% in Spain). The main objective of this thesis is to accelerate the transition to eCooking in LMICs providing comprehensive information about electric cooking and a methodology, tested in a case study, to foster the deployment of these technologies through electrification planning. The eCooking transition will occur by progressively replacing existing cooking systems, even with a coexistence for some time several in some households. To know what information is needed to address the eCooking transition in a comprehensive way and ascertain its impacts, Chapter 2 analyses the main cooking systems and how they have been conceptualised, describing in detail the eCooking options, reviewing the main impacts and their measurement, analysing common cooking practices, and concluding with a proposal for allocating cooking tasks to obtain an efficient cooking. Electrification planning is critical for the achievement of eCooking and electricity access, because eCooking increases significantly the demand of low-income households with low electricity consumption. Planning is also necessary because eCooking would compete with other technologies, in cost, convenience, and health and environmental impacts. Although geospatial electrification models have a long trajectory in the literature, their use for MECS is at an incipient stage. Chapter 3 develops the specific case of the electrification of Nyagatare District, in Rwanda to know how the eCooking demand for electrification planning should be modelled and what the impacts of incorporating eCooking in the electrification of areas not yet electrified would be. Once the context has been presented, the methodology for establishing possible scenarios, demand profiles, cost analysis and estimation of impacts on greenhouse gas emissions and deforestation are carried out using the Reference Electrification Model (REM), a geospatial electrification planning tool. Cooking transition is affected by many factors, such as public policy, market and industry development, availability of alternative fuels, physical settings, household affordability, cookers’ needs or perceptions. Chapter 4 analyses the factors that have influenced many cooking transitions processes and identifies a set of measures to promote the eCooking transition. As a result of the research, it can be noted that cooking impacts are highly contextual and depend on many boundary variables; therefore, extrapolating data between different contexts risks generating high levels of error. In many cases, fieldwork is required to obtain reliable data. The Nyagatare District case study indicates that the methodology developed provides useful information to assist decision-makers. The hypothetical penetration of electric cooking would substantially change the fraction of households electrified with each electrification mode and lead to a reduction in the electricity cost. Electric cooking can be cost-competitive compared to Liquified Petrol Gas for grid-connected households. Even more, replacing firewood and charcoal with electricity for cooking is an effective means of achieving GHG emission reductions. Fifty-seven measures have been identified to promote e-cooking to protect the environment, to support the industry structure and services, and to meet user and community needs. The document concludes by proposing future research with a view to facilitating estimation of cooking impacts through rapid surveys, completing the Reference Electrification Model (REM) with a model for fuels that compete with electricity and customer’s needs and preferences, as well as carrying out several national case studies to measure the feasibility, impact and cost-benefit of the measures identified.