ELECTRIFICACIÓN DE LA ÚLTIMA MILLA DEL CORREDOR SECO MESOAMERICANO. SOLUCIÓN DEL NEXO AGUA-ALIMENTACIÓN-ENERGÍA
ELECTRIFICATION OF THE LAST MILE OF THE MESOAMERICAN DRY CORRIDOR. SOLUTION OF THE WATER-FOOD-ENERGY NEXUS
David Ribó-Pérez
Universitat Politècnica de València. Instituto de Ingeniería Energética. España.
david.ribo@iie.upv.es
https://orcid.org/ 0000-0003-1089-5197
Ángela Herraiz-Cañete
Universitat Politècnica de València Instituto de Ingeniería Energética. España.
Angelahc5@gmail.com
https://orcid.org/ 0000-0003-4780-4375
Paula Casamayor-Segarra
Consultor independiente. España.
paula.casamayor@gmail.com
https://orcid.org/ 0000-0002-1476-8622
Karem del Castillo Velázquez
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. Italia.
Karem.DelCastilloVelazquez@fao.org
https://orcid.org/ 0000-0002-0941-9831
Tomás Gómez-Navarro
Universitat Politècnica de València. Instituto de Ingeniería Energética. España.
tgomez@dpi.upv.es
https://orcid.org/ 0000-0001-6114-2414
Sergio Zelaya-Bonilla
Organización de las Naciones Unidas para la Alimenta-ción y la Agricultura. Italia.
Sergio.ZelayaBonilla@fao.org
Recibido: 01/06/2020 y Aceptado: 24/03/2021
ENERLAC. Volumen V. Número 1. Junio, 2021 (10 - 33)
ISSN: 2602-8042 (impreso) / 2631-2522 (digital)
Foto de Sigmund en Unsplash.
RESUMEN
En este artículo presentamos una
estrategia para resolver el trilema alimentación, agua y energía según
los ODS. La estrategia fomenta las Comunidades Rurales Bajas en
Carbono, comunidades sin acceso a la red de energía, situación habitual
en el corredor seco mesoamericano. La estrategia va encaminada a la
electrificación de la última milla, para ello se propone: (i) aumentar
el acceso al agua y a la energía de forma local, (ii) mejorar la
eficiencia energética en todas las etapas de la cadena de suministro;
(iii) utilizar exclusivamente energías renovables endógenas; (iv)
manejo sostenible de recursos forestales; y (v) garantizar la seguridad
alimentaria. La estrategia se aplica a la comunidad de El Santuario en
Honduras. Se propone un proyecto de gestión de agua, producción de
alimentos y biocombustibles, y una red híbrida de energías renovables.
Hemos estudiado la viabilidad y el impacto de replicar esta solución a
las comunidades rurales del corredor seco mesoamericano. Los impactos
de escalar esta metodología contribuirían significativamente a que se
cumplan los ODS.
Palabras clave:
Desarrollo Rural, Electrificación Rural, Trilema
Agua-Alimentación-Energía, Cambio Climático, Microrredes Híbridas,
Energías Renovables, Honduras.
ABSTRACT
This article presents a strategy to
solve the food energy water nexus according to the SDGs framework. The
strategy intents to promote zero carbon rural communities in
communities without access to electricity, a common situation in the
Mesoamerican Dry Corridor. The strategy seeks to electrify the last
mile tackling: (i) increase access to local resources of water and
energy, (ii) improve the energy efficiency in all the steps of the
value chain, (iii) exclusive use of local renewable energy sources,
(iv) sustainable management of forests and (v) ensuring the food
security. The strategy is applied to the rural community of El
Santuario in Honduras. We propose a project of water management, food
and biomass production and a renewable micro-grid. We study the
viability and impact of replying this solutions to the rural
communities in the Mesoamerican Dry Corridor and the impact of scaling
this methodology to fulfill SDGs requirements.
Keywords:
Rural Development, Rural Electrification, Food Energy Water Nexus,
Climate Change, Hybrid Micro-Grids, Renewable Energy, Honduras.
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo expone una
metodología integral para fomentar el desarrollo en comunidades rurales
utilizando las microrredes renovables de electricidad (MRE) para
fomentar acciones de mejora y resiliencia en el nexo
agua-alimentación-energía (AAE). Se presenta un análisis metodológico
de los elementos críticos a tratar, un caso de estudio en una comunidad
rural en Honduras y las posibilidades de replicabilidad en comunidades
semejantes de la zona del corredor seco mesoamericano.
El acceso a la electricidad es un
factor clave para el desarrollo. Organizaciones internacionales como el
Banco Mundial o la Agencia Internacional de la Energía aseguran que el
acceso a la electricidad lleva asociadas mejoras en las condiciones
socio-económicas, de salud, educación y equidad de género (Kanagawa and
Nakata, 2008). La electricidad es esencial para el desarrollo de otras
actividades económicas y por ello su ausencia se ha mencionado como una
de las raciones de la pobreza rural (Chaurey, Ranganathan and Mohanty,
2004). Sin embargo, casi mil millones de personas siguen sin acceso a
la electricidad, algo que las Naciones Unidas está intentando paliar
mediante el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 7 “Energía
asequible y no contaminante” y el programa “Sustainable Energy for
All”.
El 80% de las personas sin acceso a
la electricidad viven en áreas rurales del África subsahariana, el
sudeste asiático y Latinoamérica (International Energy Agency, n.d.).
Estas zonas suelen encontrarse en zonas remotas y poco accesibles, algo
que implica un elevado coste de inversión para extender las redes
eléctricas centralizadas. Esta situación de aislamiento combinado con
la reducción en costes de los sistemas de generación renovable y de
almacenamiento han supuesto que las microrredes renovables de
electricidad (MRE) se conviertan en una de las soluciones más viable y
sean recomendadas por la IEA en sus escenarios de electrificación
(International Energy Agency, 2017).
Las MRE son instalaciones que
combinan diferentes tecnologías energéticas renovables para suministrar
electricidad en isla a comunidades rurales aisladas basándose en los
recursos disponibles de la zona y han sido ampliamente probados en
Latinoamérica. La electricidad generada se utiliza para consumos
residenciales, comunitarios y productivos, de esta forma se mejora la
situación dentro de las viviendas, pero también se facilita el acceso a
tecnología en los centros educativos, zonas comunitarias, pequeños
negocios o usos productivos agrícolas e industriales. Así, el acceso a
energía tiene un particular efecto en la seguridad alimentaria (Sola,
Ochieng, Yila, and Iiyama, 2016) pero también en la economía local que,
comúnmente en zonas rurales, se caracteriza por sistemas
agroalimentarios y la conservación de los ecosistemas mediante un
manejo sostenible y la acción climática.
Los usos productivos de esta
electricidad pueden traducirse en mejoras en la gestión hídrica de la
zona y mejoras en la cadena agro-alimentaria de tal forma que al
abordar de forma holística la electrificación de estas zonas rurales se
apoya a una mejora integral del trilema AAE. De esta forma, la
electricidad no se planifica para únicamente dar respuesta a
necesidades de iluminación o elementos electrónicos, sino que también
tiene en cuenta el almacenamiento de alimentos en cámaras frigoríficas
o el bombeo de agua para el riego de huertos familiares. Así, la
solución se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) 2
“Hambre cero”, 6 “Agua limpia y saneamiento” y 7 “Energía limpia y no
contaminante”.
Este artículo presenta una
metodología para abordar el trilema AAE desde la electrificación de
comunidades rurales aisladas mediante MRE. La metodología es luego
aplicada a un caso real de una comunidad rural en el corredor seco
mesoamericano en Honduras.
El resto del artículo se organiza
de la siguiente manera, en la siguiente sección se presenta la
situación de la última milla latinoamericana. Posteriormente se
presenta la metodología desarrollada para abordar la electrificación
rural bajo un prisma de desarrollo rural y el nexo AAE. En la cuarta
sección se aborda el caso de la comunidad El Santuario en Honduras. La
escalabilidad de este tipo de actuaciones es caracterizada en el quinto
apartado y en el sexto se extraen las conclusiones y recomendaciones.
ÚLTIMA MILLA EN CENTROAMÉRICA
Basándonos en las tasas de acceso a
la electricidad, pudiera parecer que la situación en el caso de
Latinoamérica es buena, ya que actualmente un 97% de la población
cuenta con cobertura eléctrica. Sin embargo, todavía existen 19.04
millones de personas que carecen del acceso a esta forma de energía
(Iorio y Sanin, 2019). Aunque esta cantidad es menor comparada con
otras regiones como África Subsahariana o India; la mayoría de la
población sin conexión eléctrica en Latinoamérica habita en áreas
remotas, con dispersión geográfica e insuficientes infraestructuras. Lo
cual supone una mayor dificultad en lograr el objetivo de abastecer
eléctricamente al 100% de la población (AECID; CNMC; Ariae, 2016)
debido a la alta inversión y esfuerzos necesarios para electrificar ese
último 3% restante. Es la denominada “dispersión de la denominada
última milla”, según la literatura científica y organismos como el BM
(Banco Mundial, 2018; González García y Pérez Arriaga, 2018).
Aunque los reguladores energéticos
de la región hayan hecho una gran labor previamente expandiendo las
redes eléctricas nacionales aumentando en gran medida las tasas totales
de suministro eléctrico (CNMC, 2017), para continuar progresando hacia
el acceso universal resulta imprescindible lidiar con las dificultades
relacionadas con la electrificación y el suministro de servicio
eléctrico de última milla en zonas remotas que suelen encontrarse a su
vez en situaciones de exclusión, con servicios básicos, altos costes de
suministro y escasos ingresos. En otras palabras, poblaciones con alto
grado de pobreza multidimensional (CNMC, 2017).
Debido a esta situación, en América
Latina los esfuerzos están siendo concentrados en electrificar “la
última milla” (González García y Pérez Arriaga, 2018), precisando para
ello nuevos modelos de servicio, implementación y regulación, nuevos
actores, y nuevos mecanismos e instrumentos (CNMC, 2017).
Centroamérica no es ajena a las
dificultades presentadas previamente en cuanto a la universalización
del acceso a la electricidad en Latinoamérica. En el año 2017, la
población centroamericana contaba con una tasa de electrificación media
del 90%, ubicándola por encima del promedio mundial pero dejando a 4.7
millones de personas sin abastecimiento eléctrico, de las cuales el 75%
habita en las zonas rurales centroamericanas donde una de cada cinco
personas no cuenta con acceso a la energía (IEA, 2020). Haciendo una
comparativa entre los países centroamericanos, se puede determinar que,
mientras Costa Rica cuenta con la mayor tasa de electrificación de
alrededor del 99%, Honduras muestra el menor nivel de electrificación
con un 75% aproximadamente. Dos tercios de los territorios
centroamericanos sin electrificar se concentran en Nicaragua y
Guatemala, es decir, alrededor de 3.1 millones de personas (Instituto
Centroamericano de Estudios Fiscales, 2018). Dentro de Centroamérica,
el corredor seco mesoamericano es además unas de las zonas de mayor
riesgo a las consecuencias del cambio climático, en gran parte sequías
como las ya padecidas en el último lustro (FAO, 2016).
Por tanto, la descentralización
energética aparece como una alternativa con potencial para proveer de
energía a las áreas rurales. Según la Agencia Internacional de la
Energía (AIE), para suministrar electricidad de manera universal, el
55% de toda la energía debe ser generada de manera descentralizada en
pequeñas redes y sistemas de energía independientes, como los paneles
solares y los molinos de viento (International Energy Agency, 2017).
Esta solución garantizaría que las comunidades rurales tuviesen acceso
a la energía eléctrica implementando cerca del punto de consumo
sistemas de producción energética (Instituto Centroamericano de
Estudios Fiscales, 2018).
La descentralización, además,
presenta una serie de ventajas al poder tomar las poblaciones rurales
un rol activo en su desarrollo, transformar su estructura productiva,
empoderar a la comunidad y aprovechar fuentes energéticas renovables
locales, proteger los ecosistemas locales y contribuir a la mitigación
y adaptación al cambio climático de las comunidades aisladas (Instituto
Centroamericano de Estudios Fiscales, 2018). La descentralización
energética debe ir acompañada de medidas complementarias en otros
ámbitos diferentes al tecnológico que incorporen modelos innovadores.
De esta manera garantizando una solución integral que recorra esa
última milla restante, como alianzas entre actores, nuevos marcos
regulatorios y planificación eléctrica.
En este contexto, presentamos una
metodología para materializar esta mirada holística de desarrollo que
permita electrificar la última milla con un enfoque en la mejora de las
condiciones del nexo AAE y permita estimular la seguridad alimentaria e
hídrica local.
ESTRATEGIA PARA LA ELECTRIFICACIÓN Y DESARROLO RURAL
Aproximación al nexo Agua-Alimentación- Energía
La FAO define el nexo
Agua-Alimentación-Energía como un concepto que describe y aborda la
compleja interrelación entre los sistemas de recursos existentes y
nuestra dependencia de estos para conseguir nuestros objetivos
económicos, medioambientales y sociales (FAO, 2014). Los recursos
alimentarios, energéticos e hídricos están fuertemente relacionados y
las acciones o usos de uno tienen impactos y consecuencias en la
disponibilidad y calidad de los otros. Es claro el ejemplo global de la
disminución de los recursos alimentarios y la presión sobre los
recursos hídricos asociados al cultivo de biocombustibles, poniendo así
en riesgo la seguridad alimentaria y el acceso al agua (Bazilian et
al., 2011; Bonn Conference Synopsis, 2012).
Figura 1. Interacciones nexo AAE
Fuente: Elaboración propia basado en (Guijarro y Sánchez, 2015)
La
Tabla 1 presenta un resumen de interacciones que pueden existir entre
los diferentes componentes del nexo y que a su vez presentan una
afección sinérgica de las consecuencias del cambio climático.
Tabla 1. Interacción entre los componentes del nexo AAE
Fuente: Elaboración propia basado en (FAO, 2014; Reinhard, Verhagen, Wolters, and Ruben, 2017)
Basado
en lo propuesto por Reinhard et al. (2017), para acercarse al nexo de
una forma sistémica es necesario definir los límites del sistema, los
problemas, las prioridades y los objetivos. Identificar las actividades
relacionadas con el nexo, necesarias para conseguir los objetivos e
integrar a los actores para obtener un resultado que tenga en cuenta
los impactos cruzados en los tres elementos del nexo AAE.
Siguiendo este planteamiento, se
propone una metodología que, teniendo en cuenta el objetivo de
solucionar el problema del acceso a la electricidad de la última milla,
se plantee las soluciones de forma que produzca efectos colaterales
positivos y no negativos en el resto de los componentes del nexo.
Necesidades energéticas
El acceso a la electricidad suele
suponer grandes saltos en la disponibilidad energética de las familias
tanto de forma cuantitativa como de forma cualitativa. Asimismo, ayuda
a abastecer consumos comunitarios y de usos productivos.
En la actualidad, los usos
energéticos de estas comunidades consisten en consumos de biomasa seca
para la cocina, iluminación y climatización de las viviendas. Tras el
salto al acceso a la electricidad, los estudios estiman que las
necesidades energéticas básicas para asegurar unos niveles mínimos de
desarrollo humano en zonas rurales son aproximadamente de 90 kWh por
mes y vivienda (He and Reiner, 2014). Estos consumos residenciales son
fundamentalmente en iluminación, climatización y uso de
electrodomésticos como pequeñas neveras, computadoras o televisiones.
Asimismo, las comunidades rurales
suelen tener necesidades energéticas en las zonas comunitarias ya sean
exteriores a nivel de iluminación o zonas interiores como los centros
religiosos, cocinas comunitarias o zonas educativas. A estos usos,
puede ser también necesaria la inclusión de sistemas que afectan al
nexo AAE como las necesidades energéticas de un sistema de saneamiento
de agua, bombeos y almacenamiento o equipamientos agroalimentarios
comunales o privados. Estos consumos tienen su correlación directa y
han de ser tenidos en cuenta respecto a las necesidades de los otros
dos elementos del nexo.
Impacto en el recurso hídrico
No es casualidad que, en muchas
poblaciones en localidades remotas, la falta de acceso a la energía se
combina con la falta de acceso a agua potable y saneamiento (Smart
Villages, 2016). Algo que se combina con la situación climática del
corredor seco, con grandes déficits hídricos. Por ello es de suma
importancia tomar conciencia de las interacciones positivas y negativas
existentes entre estos dos elementos del nexo y contar con soluciones
de desarrollo que maximicen las sinergias e impactos beneficiosos y
que, a la vez, gestionen equilibradamente las compensaciones necesarias
entre el suministro de energía y el acceso al agua (Smart Villages,
2016).
La energía es necesaria para el
acceso, suministro, distribución, reciclaje y purificación del agua. En
localidades costeras con escaso o nulo acceso a aguas subterráneas, es
posible obtener agua desalinizada consumiendo energía mecánica o
térmica. El funcionamiento de los biodigestores y la generación de
biogás necesitan considerables cantidades de agua y los paneles solares
requieren de una cuantía reducida de agua para su limpieza y buen
funcionamiento.
El caso del bombeo el recurso
hídrico contenido en acuíferos u otras fuentes para distribuirlo y
dirigirlo a parcelas de producción agrícola puede conllevar el riesgo
de sobreexplotación del recurso hídrico por los bajos costes de
operación. Sin embargo, se trata de una solución económica de bombeo
descentralizado muy potente que contribuye a la expansión de la
irrigación local sin necesidad de acceder a la red. Por ello se
recomienda una gestión sostenible del uso del agua en poblaciones
rurales aisladas con escasos recursos, y recolectar agua de lluvia
siempre que sea posible.
Impacto en la seguridad alimentaria
El acceso a energía eléctrica para
uso doméstico tiene distintos beneficios para la seguridad alimentaria
de comunidades rurales. En 1996, la Cumbre Mundial sobre la
Alimentación definió que la seguridad alimentaria existe cuando “todas
las personas tienen, en todo momento, acceso físico, social y económico
a alimentos suficientes, inocuos y nutritivos que satisfacen sus
necesidades energéticas diarias y preferencias alimentarias, para
llevar una vida activa y sana” (CEPAL, 2020). Esta definición incluye
cuatro dimensiones:
1. la disponibilidad física de los alimentos,
2. el acceso económico y físico a los alimentos,
3. la utilización de los alimentos y
4. la estabilidad en el tiempo de las tres dimensiones anteriores.
El acceso a la energía es esencial
para garantizar la seguridad alimentaria, pues facilita la producción,
procesamiento y conservación de los alimentos; abriendo también nuevas
oportunidades económicas en las zonas rurales que crean resiliencia y
fortalecen los medios de vida (WFP, 2019).
La electrificación por medio de
energías renovables proporciona la energía que los beneficiarios
necesitan para alcanzar todas las dimensiones de seguridad alimentaria
disponibilidad, acceso, utilización y estabilidad.
Representa un aumento de la
disponibilidad en la producción de alimentos, el acceso a la energía
aumenta la eficiencia y los rendimientos de cultivo. Las bombas de agua
permiten la extracción, la distribución y el uso del agua para riego.
Se logra así, el cultivo de nuevas especies agrícolas y la introducción
de huertos familiares. Esto permite la diversificación de la dieta,
siendo más resiliente y nutritiva. Permite también una mejora al acceso
ya que los sistemas de energía bioquímicos transforman los desechos
orgánicos en energía gaseosa y fertilizantes de suelo. Además, el
consumo mejorado de leña, permite el ahorro de recursos económicos que
pueden ser utilizados para comprar alimentos, combustibles e insumos
agrícolas, como fertilizantes.
Respecto a la utilización, el
acceso a la energía permite el almacenamiento y tratamiento (por
ejemplo, refrigeración, secado, pasteurización, fermentación y
envasado) que reducen la pérdida de alimentos después de la cosecha y
mejoran la calidad de los alimentos, aumentando la disponibilidad de
alimentos nutritivos a nivel doméstico y permitiendo a los agricultores
controlar el momento de las ventas de cultivos, mejorando los ingresos
del hogar. Finalmente, la electricidad ayuda a mejorar la estabilidad
en el aprovechamiento de los recursos ya que mejora la capacidad de
contar con energía eléctrica para almacenar estacionalmente agua y
alimentos que suelen reducir durante la temporada seca.
Soluciones energéticas
La selección de la mejor
combinación de tecnologías para una MRE lleva asociado un proceso de
análisis a nivel económico, tecnológico, medioambiental, social e
institucional (Ribó -Pérez, Bastida-Molina, Gómez-Navarro, and
Hurtado-Pérez, 2020). Se han de tener en cuenta los recursos
energéticos locales, los costes de instalación y operación, pero
también elementos como la demanda esperada o los apoyos a nivel
institucional. La importancia de estos factores determinará la
combinación de tecnologías energéticas más interesantes entre solar
fotovoltaica, biomasa, eólica, baterías, hidráulica.
La zona del corredor seco
mesoamericano presenta un buen recurso solar, dispone de biomasa leñosa
y residuos agrícolas, y zonas con potencial eólico. Sin embargo, la
escasez de agua dificulta la utilización de tecnologías hidráulicas o
la valorización energética de la biomasa mediante la digestión
anaerobia. Además, el recurso eólico resultó poco adecuado por
in-constante y poco denso energéticamente (ONUDI, 2013).
Los diferentes recursos locales se
estiman con bases estadísticas locales o globales (NASA, 2020;
Solargis, 2020) y las diferentes necesidades energéticas han de ser
estudiadas y consultadas con la comunidad siguiendo métodos
participativos y que involucren a la mismas en el diseño de la solución
y análisis de sus necesidades (GIZ, 2016).
Una vez se dispone de una
proyección de la demanda futura y los recursos disponibles, diferentes
elementos de software pueden utilizarse para modelar el comportamiento
de las tecnologías a instalar y la capacidad de abastecer a la demanda
esperada. Para ello, se propone el uso del software HOMER®, un programa
diseñado por NREL y que ha sido ampliamente probado y utilizado en el
diseño de MRE rurales (Ahmad et al., 2018; Bahramara, Moghaddam, and
Haghifam, 2016; Mamaghani, Avella Escandon, Najafi, Shirazi, and
Rinaldi, 2016).
De esta forma se obtiene una
solución que puede combinar diferentes tecnologías, en nuestro caso,
proponemos una solución para el corredor seco mesoamericano que combina
la solar fotovoltaica con un gasificador de biomasa y baterías. De esta
forma se asegura un suministro fiable, gestionable y 100% renovable
basado en recursos locales abundantes (Ribó-Pérez et al., 2020).
CASO DE ESTUDIO: EL SANTUARIO-HONDURAS
La comunidad rural de “El
Santuario” (en adelante la comunidad) pertenece al pueblo de San Ramón
Arriba, ubicado en el departamento de Choluteca, Honduras. Esta región
se ubica en el corredor seco mesoamericano. La comunidad está compuesta
por 79 familias con un promedio de cinco miembros por familia. El
Santuario se ubica en una zona de pendientes rodeada por una variedad
de bosque seco, mayoritariamente de pino-encino, con fuentes de agua a
nivel de quebradas (secas en verano). La economía local está
principalmente basada en la agricultura de subsistencia y el trabajo
agrícola temporal. La zona se dedica a la siembra de frijol, maicillo y
maíz, pero el excedente para comercialización es mínimo. La comunidad
desea la diversificación hacia cultivos agroecológicos impulsados por
sus actores locales, en especial yuca, camote y la creación de huertos
familiares.
Figura 2. Habitantes de la comunidad El Santuario
Actualmente,
la leña, el queroseno, las pilas y las velas son el principal recurso
energético para los habitantes, a pesar del potencial de recursos de
energía renovable del área. Como resultado de fenómenos meteorológicos
extremos (aumentados en los últimos por el cambio climático) y el
aumento de la demanda de la población en crecimiento, la escasez de
recursos se está acelerando. Por lo tanto, se requieren acciones para
garantizar la sostenibilidad a largo plazo de los recursos hídricos,
energéticos y alimentarios.
Figura 3. Comunidad seleccionada para instalar la red inteligente híbrida
Fuente: © d-maps.com, © 2018 Google
El
enfoque basado en el nexo AAE tiene como objetivo proporcionar acceso a
la energía a la comunidad rural para mejorar los medios de vida de los
habitantes y garantizar la seguridad alimentaria y el suministro de
agua. Las acciones e intervenciones propuestas que tienen lugar en el
caso de estudio se analizarán a continuación, teniendo en cuenta la
perspectiva del nexo AAE y sus interacciones, validando así la utilidad
de los sistemas de energía descentralizados para las aldeas rurales
aisladas de la red principal.
Aproximación al nexo agua-alimentación-energía
Para regar los campos agrícolas de
manera eficiente, la organización ACICAFOC (https:// www.acicafoc.org/)
ha proyectado cuatro tanques de almacenamiento desde los cuales se
realizará el riego por gravedad. Uno de los depósitos se llenará con
agua de lluvia, y una bomba elevará agua subterránea a los otros tres
desde un pozo de 4 m de profundidad.
El riego se realiza mediante
sistemas eficientes que no desperdician el agua, pueden ser fácilmente
gestionados, y permiten incorporar productos orgánicos fertilizantes o
protectores contra plagas. La tierra regada comprende 1.4 ha de
especies hortícolas: tomates, lechugas, pepinos, pimientos y judías
verdes. Todos ellos seleccionados por su importancia en la dieta básica
de los habitantes de la comunidad.
En comparación con las bombas
diésel habituales, o el bombeo manual, los sistemas de riego a pequeña
escala basados en energía renovable superan las limitaciones del bombeo
manual, pero no contaminan el medio ni necesitan combustibles escasos y
exógenos.
La siguiente lista reúne los
indicadores relevantes para la evaluación de impacto. Estos indicadores
muestran las interacciones entre los componentes del nexo AAE y son los
recomendados para intervenciones similares:
- Capacidad de bombeo: Se plantean 2 horas y 1,500 l/día. Pero podrían ser capaces de bombear hasta 18,000 l/día.
- Altura de bombeo: hasta 80 m.
- Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) evitadas por comparación con una bomba diésel: hasta 5.77 toneladas de CO2e/año.
- Área regada por la bomba: 1.4 ha
- Aumento del rendimiento para cultivos hortícolas en El Santuario después de la introducción del riego activo: hasta el 2000%
Además, se proyecta un plan de
reforestación que incluye la plantación de 21 Ha de cultivos
bioenergéticos. Las especies forestales elegidas son nativas, lo que
contribuye a la diversificación de cultivos a través de especies
locales. Parte del recurso bioenergético se utilizará para alimentar un
gasificador (que se discute más adelante), como parte del sistema de
MRE, para producir electricidad a partir de la biomasa cosechada. Los
cultivos energéticos en crecimiento no solo proporcionarán un
suministro de energía renovable y sostenible a la comunidad, sino que
también contribuirán a la restauración del suelo con el tiempo.
Las especies forestales
seleccionadas no necesitan consumo de agua aparte del agua de lluvia.
Desde la perspectiva del cambio climático, el sistema de gasificación,
en comparación con los generadores de combustible, representa una
alternativa más sostenible y renovable, evitando así emisiones
innecesarias de GEI.
En la siguiente lista se muestran
indicadores clave para analizar la influencia que las plantaciones de
cultivos bioenergéticos para la generación de electricidad tienen en el
agua y la seguridad alimentaria.
- Superficie ocupada: 21 ha.
- Eficiencia del uso del suelo: 3.7 ha/MWh de energía útil real producida
- Energía generada: hasta 6,768 kWh/año
- Potencia instalada (gasificador): 30 kWp.
- Energía producida por unidad de tierra: 270.72 KWh/ha·año
- Cantidad de agua utilizada: 0 l/ha·año.
- Electricidad producida por la biomasa: 0.8 kWh/kg biomasa
- Biomasa producida: 2.85 ton/ha·año
- Ahorro total de
emisiones de GEI de la biomasa producida en comparación con un
generador de combustible fósil: hasta 61.32 toneladas de CO2e/año
En general, desde una perspectiva
energética, se han identificado los siguientes impactos en el agua y
los recursos alimentarios y terrestres, que se resumen a continuación.
Tabla 2. Interacción entre los componentes del nexo AAE
Fuente: Elaboración propia basado en (FAO, 2014; Reinhard et al., 2017)
La
mejora en las prácticas agrícolas sostenibles derivadas de los sistemas
de irrigación y los esfuerzos de reforestación mejora la salud de los
ecosistemas locales y aumentan la disponibilidad de leña, mejorando la
resiliencia de las comunidades frente a las amenazas climáticas, lo que
mantiene o aumenta la seguridad alimentaria.
Necesidades energéticas
Como ya se ha adelantado, los
diferentes consumos domiciliarios se han tipificado a partir de la
literatura (GIZ, 2016), las demandas de la comunidad, la experiencia de
los diferentes equipos de proyecto, y la tecnología existente y
asimilada por la comunidad (electrodomésticos, medios de producción,
sistemas comunitarios de alumbrado, etc.). Cada tipo de consumo ha sido
definido por su uso, unidades existentes en la comunidad y potencia
nominal consumida, siguiendo los parámetros descritos por la Empresa
Nacional de Energía Eléctrica de Honduras (ENEE).
La curva de demanda se calcula a
partir de los consumos horarios obtenidos al realizar el sumatorio de
las potencias totales de cada uno de los consumos presentes en la
comunidad por su coeficiente de simultaneidad.
Donde
Dh representa el punto de la curva de carga en el instante h, fih son
las familias que consumen en el momento h, y Pijh la potencia demandada
por el elemento eléctrico j (iluminación, móvil, TV, etc.), en la
familia i, en el instante h.
En el caso de los consumos
comunitarios, estos son más fáciles de predecir por dos motivos: una
menor cantidad y un mayor control sobre sus características y tiempos
de uso. De forma análoga a los consumos domiciliarios, los consumos
comunitarios han sido caracterizados por sus potencias nominales y la
cantidad de unidades instaladas en la comunidad. La siguiente figura
muestra la evolución temporal de la carga, en un día promedio.
Como se observa, se prevén demandas
pico de hasta 18.1 kW de potencia, y la energía total consumida es de
201.09 kWh/día en promedio. El perfil presenta tres picos, en la
mañana, a la hora del almuerzo y por la noche, lo que no acopla con la
generación de energía a partir de la radiación solar, y obliga al uso
de sistemas complementario de generación y almacenamiento de energía,
es decir una planta híbrida.
Figura 4. Curva de carga estimada para la comunidad
Fuente: Elaboración propia
Solución energética
Basado en todos los datos avanzados
en las secciones anteriores, la MRE que se proyecta consta de un
sistema de generación solar fotovoltaico, apoyado por un gasificador de
biomasa y un banco de baterías (ver figura 5).
Figura 5. Curva de carga estimada para la comunidad
Fuente: Elaboración propia
Como se ha adelantado, mediante HOMER se simuló el comportamiento de la red híbrida a instalar en El Santuario que incluía:
- La estadística de insolación en El Santuario
- La curva de demanda para
la comunidad. Esta curva fue aleatorizada en un cierto porcentaje para
reflejar variaciones casuales de los consumos.
- Catálogos y datos de los
paneles solares fotovoltaicos para el proyecto, y del resto de equipos:
inversores, cargadores, baterías, equipo de monitoreo, etc.
- El gasificador y su grupo generador de electricidad.
- Otros datos necesarios para simular la red en operación durante el periodo de tiempo determinado.
A esta información, en HOMER se añade las siguientes reglas de diseño:
- Nunca debe haber corte
de suministro de energía, por mucho que se acumule fortuitamente la
demanda y haya un pico de energía. O bien saltarán las protecciones
contra exceso de intensidad de corriente, desconectando aquellos
consumos que no deben estar conectados en ese instante, permitiendo el
funcionamiento del resto. O bien la red proveerá la corriente
necesaria.
- Se debe minimizar el coste de inversión y operación del sistema
- Las baterías nunca deben
bajar de una carga al 30% para prolongar su vida útil. Por la misma
razón se debe maximizar el tiempo que están por encima del 60% de
carga.
- Se simula la red operando durante 25 años.
Mediante HOMER se analizaron hasta
41 configuraciones distintas a partir de la original diseñada, que
fueron evaluadas en términos de energía generada, eficiencia, costes de
inversión y explotación, número de cortes de luz y duración de los
mismos, etc. Como resultado, el sistema que mejor cumple las reglas de
diseño está compuesto de los siguientes elementos:
- Planta solar fotovoltaica con 40 kWp de paneles solares,
- Gasificador de biomasa de 30 kWp como sistema de soporte,
- Banco baterías de 200 kWh de almacenamiento,
- 2 inversores de 25 kW cada uno para la conexión de los módulos solares,
- 6 gestores de red de 6 kW cada uno, con posibilidad de crear la red eléctrica y de cargar o suministrar energía desde baterías.
Seguidamente se detalla el
funcionamiento de la red. En primer lugar, la siguiente gráfica muestra
la producción media mensual de la planta de generación fotovoltaica
combinada con la de biomasa.
Figura 6. Curva de carga estimada para la comunidad
Fuente: Elaboración propia
La
necesidad del gasificador se manifiesta entre los meses de mayo y
septiembre debido a la menor radiación solar y, por ende, menor
producción solar como muestra la figura anterior. Como muestra el
siguiente histograma de frecuencia, las baterías se encuentran la mayor
parte del tiempo por encima del 60% de su capacidad, no disminuyendo
nunca del 30% de esta. Los acumuladores proporcionan un valioso recurso
en casos de emergencia, pero es importante resaltar que este recurso ha
de ser utilizado lo mínimo posible, ya que altas y frecuentes descargas
de las baterías reducen exponencialmente su duración y es uno de los
elementos más caros de la instalación.
Figura 7. Curva de carga estimada para la comunidad
Fuente: Elaboración propia
Es
importante resaltar que las horas más críticas de las baterías siempre
se concentran en la mañana. Tras llegar al máximo de carga al finalizar
la jornada solar, son las baterías las que principalmente suministran
la electricidad a la comunidad. Al acabar la noche, las baterías suelen
encontrarse en su mínimo de carga hasta que comienza a incidir la luz
solar. Son en estos puntos críticos donde la comunidad debe estar
atenta para encender el gasificador. El sistema avisa de la necesidad
de completar la carga de las baterías, y se debe asegurar que siempre
tenga suficiente combustible, es decir el gas de síntesis a partir de
biomasa. La siguiente ilustración muestra la actuación del
inversor/cargador cada hora, diariamente a lo largo de un año, según la
predicción de HOMER.
Figura 8. Curva de carga estimada para la comunidad
Fuente: Elaboración propia
La
siguiente ilustración muestra el funcionamiento de la red una semana
elegida porque HOMER predice que en ella se activará el gasificador.
Basado en la estadística de radiación solar, en esa semana de junio
podría haber varios días de poca insolación (línea amarilla), por lo
que habría que usar las baterías, que se acabarían descargando (línea
roja). Como la demanda de energía se mantendría (línea azul), en el
momento en que la descarga de las baterías se acercara al 30% se
activaría el gasificador (línea verde) que suministraría energía a la
red cubriendo la demanda, y a las baterías, recargándolas.
Figura 9: Curva de carga estimada para la comunidad
Fuente: Elaboración propia
La
simulación del diseño de la red con HOMER ha requerido la generación
66,232 kWh de electricidad a partir de energía solar, y 6,768 kWh/año
de electricidad a partir de biomasa. Este último supone un consumo de
aproximadamente 8,500 kg de biomasa seca al año. Esta cantidad
representa 0.33 kg de biomasa por familia y día, que se cubrirá
íntegramente con la producción de cultivos bioenergéticos.
ESCALABILIDAD EN HONDURAS
En el corredor seco mesoamericano
más de tres millones y medio están en necesidad de ayuda humanitaria,
más de la mitad de la población viven en áreas rurales con acceso
limitado a la electricidad (FAO, 2016). Además, la región es una de las
más vulnerable al cambio climático y ya experimenta procesos
migratorios debido al mismo. Las zonas rurales de la zona son
particularmente vulnerables y en su mayoría no disponen de acceso a la
electricidad.
Figura 10. Tasas de electrificación rural en el Centroamérica
Fuente: IEA, 2020
Dentro
de los países, Honduras es el más afectado por el bajo acceso tal y
como muestra la Figura 10. En la Figura 11 se presentan los datos de
electrificación rural de las diferentes provincias del corredor seco
hondureño. Aunque El Santuario es solo una de ellas, puede servir de
caso de buenas prácticas para mejorar la resiliencia de las comunidades
rurales y su adaptación al cambio climático. Solo en Honduras, se
pueden estimar un total de 23,000 poblaciones rurales sin acceso a la
electricidad que podrían beneficiarse de este tipo de actuaciones
holísticas (Gobierno Honduras, 2016).
El aumento de la resiliencia en
estas comunidades particularmente sensibles a los cambios de las
condiciones climáticas brinda a su vez una mayor adaptación de los
ecosistemas vulnerables. Por lo tanto, la electrificación de la última
milla debe considerar una serie de estrategias y políticas sectoriales
de adaptación que permitan mantener los procesos ecológicos y
garanticen el desarrollo sostenible de las comunidades rurales.
Figura 11. Tasa de electrificación rural del corredor seco hondureño
Fuente: IEA, 2020
La
electrificación de la última milla debe alcanzar un equilibrio entre el
beneficio de los habitantes en comunidades aisladas y la conservación
de los ecosistemas en sus zonas adyacentes. La medición efectiva del
impacto es clave para el éxito del escalamiento de estas soluciones
tecnológicas. El establecimiento de líneas base, actividades efectivas
de monitoreo, reporte y evaluación, las evaluaciones de las necesidades
energéticas y la recopilación de datos debe diseñarse de manera que
permita flexibilidad y se base en métodos cuantitativos y cualitativos.
Existen diferentes métodos para medir el impacto (FAO and UNHCR, 2016)
pero ciertas evaluaciones pueden hacer una contribución significativa a
la planificación de intervenciones energéticas relacionadas con
poblaciones vulnerables (FAO, 2018). La definición de áreas
prioritarias para el escalamiento del acceso a energías renovables debe
incluir:
- Vulnerabilidad social y climática de los usuarios finales.
- La evaluación de la demanda de leña, carbón vegetal, otras formas de biomasa y otras categorías de energía renovable.
- La evaluación de la
oferta de combustible bajo modelos de degradación ambiental, incluyendo
el consumo futuro, la proyección de la población, inventarios
forestales a pequeña escala y parámetros biofísicos de zonas boscosas.
- Una evaluación rural
participativa (SRP) que comprenda un conjunto de enfoques y métodos
para entender y evaluar el contexto local y los medios de vida de las
personas y los grupos sociales dentro de un área geográfica particular.
- Mapas de planificación
ambiental y zonas de importancia cultural, incluidas comunidades
indígenas, zonas culturalmente importantes, áreas naturales protegidas
y, de manera general, el estado de los ecosistemas.
- Áreas de acción de
políticas públicas de carácter social con conceptos clave como
bienestar humano, satisfacción de necesidades humanas fundamentales
(NHF), medios de vida y adaptación basada en ecosistemas (AbE).
- Extrapolación en mapas de gestión de riesgos y vulnerabilidad de los ecosistemas.
El éxito de la escalabilidad de
este proyecto va de la mano con el apoyo de los gobiernos nacionales y
locales (Gómez-Navarro and Ribó-Pérez, 2018), quienes deberán
considerar políticas y medidas que apoyen el desarrollo rural, combinen
la seguridad alimentaria con la seguridad energética y cumplan sus
objetivos de desarrollo y compromisos climáticos.
CONCLUSIONES
En este artículo presentamos una
metodología para promover el desarrollo sostenible resolviendo el
trilema alimentación, agua y energía. La metodología se centra en las
comunidades rurales de las regiones en desarrollo, que no tienen acceso
a la red de energía, ni de agua, ni de alimentos. Esta situación es
particularmente habitual en el corredor seco mesoamericano. Para ello,
la estrategia es aprovechar los recursos endógenos, identificar las
demandas de seguridad alimentaria y calidad de vida, y aplicar
tecnologías que luchen contra el cambio climático y se adapten a sus
consecuencias. Se fomenta así lo que denominamos Comunidades Rurales
Bajas en Carbono.
Las Comunidades Rurales Bajas en
Carbono, promueven la seguridad alimentaria y mejoran la resiliencia
climática, el bienestar y los medios de vida de los pequeños
agricultores en las comunidades rurales, a través de acciones que
permitan la adaptación y mitigación al cambio climático.
La metodología propuesta va
encaminada a lograr la electrificación de la última milla. Su enfoque
es amplio e incluye: (i) establecer esfuerzos público-privados para
promover energías renovables en la gestión del agua, y la producción y
el comercio de alimentos; y reducir la dependencia del sector
agro-alimentario de los combustibles fósiles; (ii) alentar la
cooperación internacional en iniciativas renovables y medidas de
mitigación de gases de efecto invernadero para el sector alimentario;
(iii) coordinar la formulación de políticas alimentarias
energéticamente inteligentes entre los ministerios responsables de
alimentos, agricultura, energía, salud, transporte, desarrollo
económico y medio ambiente; y (iv) promover un diálogo de múltiples
partes interesadas sobre opciones prácticas para la producción y el
consumo de energía, y las políticas y arreglos institucionales
necesarios para lograr los resultados deseados.
Hemos aplicado la metodología a un
caso ilustrativo, la comunidad de El Santuario en el municipio de
Choluteca, Honduras. La metodología ha permitido una solución integral
al triple desafío que, por un lado, consigue la seguridad alimentaria
de la comunidad, por otro lado gestiona de forma sostenible el agua
necesaria para la producción alimentaria y el uso sanitario; y,
finalmente, se suministra de una red híbrida eléctrica aislada
alimentada por recursos energéticos locales renovables: radiación solar
y biomasa.
Hemos estudiado la viabilidad y el
impacto de replicar esta solución a las numerosas comunidades rurales
con características semejantes en el corredor seco mesoamericano. La
metodología puede ser aplicada en todos esos casos, adaptándose a las
diferentes características locales. Los impactos de escalar esta
metodología contribuirían significativamente a que se cumplan las
“Contribuciones Previstas y Determinadas a Nivel Nacional (NDC, por sus
siglas en inglés)” de los países en vías de desarrollo, como los que
comparten el citado corredor seco.
La metodología ofrece cinco rutas
concretas que son mencionadas constantemente en las acciones de
mitigación y adaptación: (i) aumentar el acceso al agua y a la energía
con un enfoque en las comunidades rurales; (ii) mejorar la eficiencia
energética en todas las etapas de la cadena de suministro de alimentos;
(iii) sustituir los combustibles fósiles por sistemas de energía
renovable; (iv) manejo mejorado de los recursos forestales y uso de
biomasa; y (v) garantizar la seguridad alimentaria con esquemas
climáticamente inteligentes.
Los datos, los recursos técnicos,
las herramientas del modelado y cálculo y, en general, todo lo
necesario para la aplicación de la metodología ya existen en gran
medida. Sin embargo, para mejorar el rigor y calidad de los proyectos
que se deriven de su aplicación, sería necesario mejorar la cobertura
territorial de los mapas de recursos hídricos y energéticos, el estudio
de las especies alimentarias más productivas y mejor adaptadas al
cambio climático, y el estudio de las necesidades, demandas y agendas
de las comunidades rurales aisladas.
Asimismo, se necesitan políticas
que incentiven las inversiones encaminadas a financiar estos proyectos,
eliminando barreras administrativas para estos proyectos, y mejorando
la asistencia técnica y el seguimiento durante las primeras etapas de
explotación de los sistemas de gestión del agua, producción alimentaria
y generación de energía con recursos renovables.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido posible
gracias a la financiación de la Organización de las Naciones Unidas
para la alimentación y la Agricultura (FAO), LoA: PO# 332412. La
financiación de la Agencia Española para la Cooperación Inter-nacional
para el Desarrollo (AECID), proyecto: 2019/ACDE/000842, y la
financiación de la cátedra de Transición Energética Urbana UPV-Las
Naves de Valencia.
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