《Energy Research & Social Science》：Small (and not-so-small) villages in the Amazon: The challenge of access to electricity infrastructure
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本研究针对亚马逊地区1000-5000人口规模村庄面临的电气化基础设施挑战，提出了"胚胎型城市性"理论框架，分析了混合能源系统作为柴油发电替代方案的可行性。通过HOMER-Pro平台模拟显示，柴油-光伏-储能混合系统可减少年柴油消耗约140.5百万升，相当于减排376.6 ktCO2e，为亚马逊地区实现能源普及与脱碳目标提供了战略路径。
在广袤的亚马逊雨林深处，散布着众多人口规模在1000-5000之间的村庄，这些定居点正处于从传统乡村向城镇化过渡的特殊阶段。尽管这些村庄承担着区域商品供应的重要功能，但长期以来一直面临基本公共服务严重不足的困境，其中电力供应问题尤为突出。这种独特的过渡状态被研究者定义为"胚胎型城市性"，形象地描述了这些新兴城市核心如何围绕基础设施、领土包容和环境可持续性等问题形成集体需求。
亚马逊地区作为维持全球生态平衡不可替代的关键区域，其生态环境保护对维持气候稳定、水文循环和减缓气候变化负面影响具有重要意义。然而，该地区复杂的地理环境包括洪泛区、高地和茂密森林，带来了相互交织的环境和社会经济挑战。更令人担忧的是，数据显示该地区76%的人口居住在城市地区，但许多偏远社区仍然依赖柴油发电机供电，这种供电方式不仅成本高昂，而且对环境造成严重危害。
为了解决这一紧迫问题，巴西利亚大学技术学院能源与环境实验室的研究团队开展了一项创新性研究，旨在探索适合亚马逊小型村庄的清洁可靠电力供应方案。这项研究最近发表在《Energy Research》期刊上，为理解该地区能源转型提供了新的理论视角和实践路径。
研究人员采用了多学科综合研究方法，结合理论框架构建、实地调查和数值模拟等多种技术手段。首先，他们基于米尔顿·桑托斯的城市理论建立了分析框架，强调社会结构、领土占领和技术进步之间的相互作用，特别关注"共享空间"概念在亚马逊城市化过程中的特殊表现。通过三次数月不等的实地考察，研究团队在特费市的卡扬贝村开展了深入的民族志研究，结合社区会议、参与式观察和居民非正式对话，全面了解当地的社会环境背景和基础设施挑战。
技术分析方面，研究团队运用HOMER-Pro软件平台对混合能源系统进行模拟优化，该平台能够模拟发电组件的每小时运行情况，计算年度燃料消耗、运营成本和排放量。输入数据包括通过参数化方程描述的当地电力负荷曲线，该方程基于"鸭子曲线"概念进行适应性修改，考虑了能量损失和其他局部变化的边际分量。可再生能源资源数据来自NASA-POWER数据库，利用1981-2022年月平均每日晴朗度指数生成典型气象年。
研究结果
混合系统配置优化
模拟结果显示，柴油-光伏-电池混合系统的最优配置呈现出规律性特征。柴油发电机容量约为平均负荷的1.85 p.u.（单位值），光伏电站容量约为3.5 p.u.，电池储能容量可支持平均负荷运行约2.3小时。在风能资源较丰富的地区，如塞拉多索尔和圣克鲁斯杜阿拉里，增加风力发电可进一步提高系统经济性和环境效益。
经济与环境效益
与传统柴油系统相比，混合能源系统可降低度电成本（LCOE）15-20%，从约0.44美元/千瓦时降至0.33-0.34美元/千瓦时。柴油消耗量减少35-40%，二氧化碳当量排放降低最高可达50%。以卡扬贝村为例，混合系统使其年柴油消耗从916,000升降至539,000升，减排量达987吨CO2e。
敏感性分析
研究还对关键参数进行了敏感性分析，发现柴油价格变化对系统经济性影响最为显著。当柴油价格从1.2美元/升升至1.5美元/升时，度电成本增加约0.05美元/千瓦时。相比之下，贴现率在8-12%范围内变化仅引起0.02美元/千瓦时的成本波动。可再生能源设备成本降低20-30%可进一步改善系统经济性，但影响相对温和。
社会影响评估
电气化进程对当地社会经济发展产生了深远影响。研究显示，电力供应与社会科学进步指数（SPI）存在直接相关性，电力可及性的提高显著促进了教育、医疗和通信服务的改善。在卡扬贝村，电力供应稳定后，当地居民对互联网和现代家电的需求快速增长，电力不再仅仅是基本需求，更成为社会和教育包容的重要载体。
研究结论与意义
本研究通过理论创新和技术验证，系统阐述了混合能源系统在亚马逊小型村庄电气化过程中的战略价值。研究提出的"胚胎型城市性"概念为理解偏远地区城镇化进程提供了新视角，强调电气化不仅是技术问题，更是社会领土过程的重要组成部分。
研究发现，混合能源系统能够有效平衡能源可及性、经济性和环境可持续性三大目标，为实现联合国可持续发展目标（SDG）特别是SDG 7（经济适用的清洁能源）提供了可行路径。柴油-光伏-电池混合配置在技术成熟度和经济可行性方面表现最佳，而风能-光伏混合系统在特定地区可进一步提升性能。
从政策层面看，研究结果对巴西"全民光明计划"和孤立系统计划（SISOL）的优化具有直接指导意义。建议将混合系统作为新部署项目的默认标准，重新分配目前用于燃料补贴的联邦资源，转向光伏和储能系统的资本投资。这种转变不仅可降低长期国家支出，还能使能源政策与巴西气候承诺和可持续发展目标更好对齐。
此外，研究强调能源政策必须辅以治理创新，充分考虑亚马逊地区的特殊社会空间特征。社区参与、地方能力建设和原住民及传统领导网络的纳入，对于确保混合系统不仅技术可行而且社会嵌入至关重要。亚马逊地区的电气化本质上是一个政治项目，它塑造领土未来，重新分配机会，重新定义国家与偏远人口之间的关系。
这项研究的实际意义在于为政策制定者提供了明确的技术路径和量化依据，证明电气化普及和脱碳不应被视为独立目标，混合化能够同时实现这两个目标。随着亚马逊地区村庄社会经济的持续发展，对可靠、清洁电力的需求将不断增长，混合能源系统将成为支撑这些"胚胎型城市"健康发展的重要基础设施。
