Difference between revisions of "Business Viability Scenario for Solar Powered Irrigation in Mozambique"

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(Modelo cenario)
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{{Back to Moz PUE Hub}}
 
{{Back to Moz PUE Hub}}
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===Introduction===
+
===Introdução===
 
[[File:Solar Pumping in Mozambique.JPG|right|302x302px|alt=|Photo credits : Youssouf Diallo, Practica Foundation]]  
 
[[File:Solar Pumping in Mozambique.JPG|right|302x302px|alt=|Photo credits : Youssouf Diallo, Practica Foundation]]  
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This business model case looks into the financial viability of solar powered irrigation in Mozambique. All the data and prices used in this scenario are based on the market information obtained in January 2022 and was collected by contacting leading solar and diesel pumps provider in Mozambique. The information was collected via email and telephone inquiries.  
+
Este caso de modelo de negócios analisa a viabilidade financeira da irrigação movida a energia solar em Moçambique. Todos os dados e preços utilizados neste cenário são baseados na informação de mercado obtida em Janeiro de 2022 e foram recolhidos contactando o principal fornecedor de bombas solares e diesel em Moçambique. As informações foram coletadas via e-mail e consultas telefônicas.  
  
−
=== Demand Assumption ===
+
=== Suposição de Demanda ===
−
For the business scenario, a smallholder farmer in Zambezia province in Mozambique  is considered and he/she owns 1,2 hectors of land. The farmer wants to install a solar powered irrigation systems (SPIS) and is practicing two crop systems. This scenario also explores different funding models (grant, PAYGO..) for financing the SPIS system.  
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Para o cenário de negócio , considera-se um pequeno agricultor na província da Zambézia em Moçambique que possui 1,2 hectares de terra. O agricultor quer instalar um sistema de irrigação movido a energia solar (SIES) e está praticando dois sistemas de cultivo. Este cenário também explora diferentes modelos de financiamento (doação, PAYGO...) para o financiamento do sistema SIES.  
  
−
To calculate the business scenario for solar powered irrigation systems (SPIS) in Mozambique, our methodology included four steps:
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Para calcular o cenário de negócios para sistemas de irrigação movidos a energia solar (SPIS) em Moçambique, nossa metodologia incluiu quatro etapas:
  
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# Calculating the maximum annual crop water requirement
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# Calcular a necessidade máxima anual de água da cultura
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# Sizing the SPIS system accordingly
+
# Dimensionar o sistema SIES acordado
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# Sizing the diesel system accordingly
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# Dimensionar o sistema diesel acordado
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# Modelling the financial viability of the SPIS system
+
# Modelar a viabilidade financeira do sistema  SIES
  
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==== Calculating Crop Water Requirement ====
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==== Calculando a Necessidade de Água da Cultura ====
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[[File:Temporal_distribution_of_rain_and_temperature_in_Zambezia_Province.png|right|border]]For this analysis, the farmer adopts a two-farming season with solo cropping i.e., only one crop is planted in the entire area of a farm at one time. The selected crops are Maize and Tomato. Maize is the staple crop in Mozambique and tomato is one of the high value crops. The main cropping season starts from Oct / Nov and the second cropping season starts in May. The farmer uses surface irrigation for maize as it is the most common form of irrigation in Mozambique and has an efficiency of 65%. For tomatoes, he/she will use drip irrigation with an efficiency of 90%.
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[[File:Temporal_distribution_of_rain_and_temperature_in_Zambezia_Province.png|right|border]]Para esta análise, o agricultor adopta uma safra de dois cultivos com cultivo solo, ou seja, apenas uma cultura é plantada em toda a área de uma fazenda de cada vez. As culturas seleccionadas são Milho e Tomate. O milho é a cultura básica em Moçambique e o tomate é uma das culturas de alto valor. A época de colheita principal começa a partir de Outubro/Novembro e a época de colheita da segunda começa em Maio. O agricultor usa irrigação de superfície para o milho, pois é a forma mais comum de irrigação em Moçambique e tem uma eficiência de 65%. Para tomates, ele usará irrigação por gotejamento com eficiência de 90%.
  
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Using the [[:File:SAFEGUARD WATER - Water Requirement Tool.xlsm|'''SPIS Toolbox – Water Requirement Tool''']], the maximum daily irrigation water requirement of the crops is calculated to be '''64 m<sup>3</sup>''' /day in the hottest month, based on the average rainfall and mean daily temperature of Zambezia Province.  
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Usando o [[:File:SAFEGUARD WATER - Water Requirement Tool.xlsm|'''SIES Caixa de ferramentas (Toolbox) - Ferramenta de Necessidade de Águal''']], a necessidade máxima diária de água para irrigação das culturas é calculada em '''64 m3'''/dia no mês mais quente, com base na precipitação média e temperatura média diária da Província da Zambézia.  
  
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'''Table with the average rainfall and the mean daily temperature'''
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'''Tabela com a precipitação média e a temperatura média diária'''
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
|
 
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|Jan
 
|Jan
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|Feb
+
|Fev
 
|Mar
 
|Mar
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|Apr
+
|Abr
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|May
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|Mai
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|June
+
|Jun
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|July
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|Jul
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|Aug
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−
|Sep
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|Oct
+
|Out
 
|Nov
 
|Nov
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|Dec
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|Dez
 
|-
 
|-
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|Mean daily Temperature [°C]
+
|Temperatura média diária [°C]
 
|25
 
|25
 
|24
 
|24
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|24
 
|24
 
|-
 
|-
−
|Rainfall (mm/month
+
|Precipitação (mm/mês)
 
|290
 
|290
 
|290
 
|290
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|}
 
|}
  
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==== Sizing the SPIS system ====
+
==== Dimensionamento do sistema SIES ====
−
The SPIS system is based on the technical and financial assumption shown in the table below. The selected system is also already available in the Mozambican market and can meet the desired flow rate.  
+
O sistema SIES é baseado na premissa técnica e financeira apresentada na tabela abaixo. O sistema seleccionado também já está disponível no mercado moçambicano e pode atender a vazão desejada.  
  
 
'''Technical assumptions'''
 
'''Technical assumptions'''
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
|Daily solar irradiance for Zambezia
+
|Irradiância solar diária para a Zambézia
 
|5.371 kWh/m<sup>2 </sup>  
 
|5.371 kWh/m<sup>2 </sup>  
 
|-
 
|-
−
|System loss
+
|Perda do sistema
 
|25%
 
|25%
 
|-
 
|-
−
|Array type
+
|Tipo de matriz
−
|Fixed
+
|Fixo
 
|-
 
|-
−
|Daily water  pumping rate
+
|Taxa diária de bombeamento de água
 
|64 m<sup>3</sup> /day
 
|64 m<sup>3</sup> /day
 
|-
 
|-
−
|Head
+
|Cabeça
 
|10 m
 
|10 m
 
|-
 
|-
−
|Required flow  rate if the pump runs for 6 hours
+
|Taxa de fluxo necessária se a bomba funcionar por 6 horas
 
|10.6 m<sup>3</sup>/hr
 
|10.6 m<sup>3</sup>/hr
 
|-
 
|-
−
|Selected pump’s flow  rate at 10 m head
+
|Taxa de fluxo da bomba seleccionada a 10 m de altura manométrica
 
|15 m<sup>3</sup>
 
|15 m<sup>3</sup>
 
|-
 
|-
−
|Maximum  vertical lift
+
|Elevação vertical máxima
 
|40
 
|40
 
|-
 
|-
−
|Type of pump
+
|Tipo de bomba
−
|Submersible
+
|Submersível
 
|-
 
|-
−
|Solar panels  lifetime
+
|Vida útil dos painéis solares
−
|25 years
+
|25 anos
 
|}
 
|}
−
'''Financial specifications'''
+
'''Especificações financeiras'''
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
|Discount  rate
+
|Taxa de desconto
 
|13%
 
|13%
 
|-
 
|-
−
|Price (CAPEX)
+
|Preço (CAPEX)
−
|80,000 MZN
+
|80,000 MT
 
|-
 
|-
−
|Maintenance  cost*
+
|Custo de manutenção*
 
|4% of CAPEX
 
|4% of CAPEX
  
−
3200 MZN per year
+
3200 MT por ano
 
|}
 
|}
−
''*Replacement cost for spare parts such as charge controller, inverter and pumps was not considered in the financial calculation. For simplicity, the scenario looks at 25 years of life time for all components of the SPIS system.''
+
''*O custo de reposição de peças de reposição como controlador de carga, inversor e bombas não foi considerado no cálculo financeiro. Para simplificar, o cenário considera 25 anos de vida útil para todos os componentes do sistema SIES.''
  
−
==== Sizing the Diesel Pump ====
+
==== Dimensionamento da Bomba Diesel ====
−
The selected diesel pump has the following specification and is already available in the Mozambican market. 
+
A bomba diesel seleccionada tem a seguinte especificação e já está disponível no mercado: 
  
−
'''Diesel Pump’s specification'''
+
'''Especificação da bomba diesel'''
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
|Flow rate
+
|Quociente de vazão
 
|36 m<sup>3</sup>/hr
 
|36 m<sup>3</sup>/hr
 
|-
 
|-
−
|Rated output
+
|Saída classificada
 
|2.8kW (3.8hp)  @3600rpm
 
|2.8kW (3.8hp)  @3600rpm
 
|-
 
|-
−
|Fuel  consumption rate
+
|Taxa de consumo de combustível
 
|347ml/kWh  @3600rpm
 
|347ml/kWh  @3600rpm
 
|-
 
|-
−
|Fuel  consumption
+
|Consumo de combustível
−
|Fuel  consumption rate*Rated output
+
|Taxa de consumo de combustível * Saída nominal
  
 
0.97 l/hr
 
0.97 l/hr
 
|-
 
|-
 
|CAPEX
 
|CAPEX
−
|34,970 MZN
+
|34,970 MT
 
|-
 
|-
 
|Maintenance  cost
 
|Maintenance  cost
 
|4% of CAPEX
 
|4% of CAPEX
  
−
1399 MZN
+
1399 MT
 
|-
 
|-
−
|Operating cost
+
|Custo operacional
−
|14,074 MZN/year
+
|14,074 MT/ano
 
|-
 
|-
−
|Diesel price  per litre
+
|Preço do diesel por litro
−
|62 MZN/liter
+
|62 MT/litro
 
|}
 
|}
−
Based on the irrigation demand, the diesel pump will run for approximately '''227 hrs/year''' to meet all our water demands (as shown in the table below).  
+
Com base na demanda de irrigação, a bomba a diesel funcionará por aproximadamente 227 horas/ano para atender todas as nossas demandas de água (conforme mostrado na tabela abaixo).  
  
−
'''Working time for diesel pump in a year'''
+
'''Tempo de trabalho para bomba a diesel em um ano'''
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
|
 
|
−
|May
+
|Mai
−
|June
+
|Jun
−
|July
+
|Jul
−
|Au
+
|Ag
−
|Sep
+
|Set
−
|Oct
+
|Out
 
|Nov
 
|Nov
−
|Dec
+
|Dez
 
|Jan
 
|Jan
−
|Feb
+
|Fev
 
|Mar
 
|Mar
−
|Apr
+
|Abr
 
|-
 
|-
−
|water needs (m3/day)
+
|necessidades de água (m3/dia)
 
|24,2
 
|24,2
 
|31,3
 
|31,3
Line 179: Line 179:
 
|0
 
|0
 
|-
 
|-
−
|hours the diesel pump needs to run to meet the daily water need [hr]
+
|horas que a bomba a diesel precisa funcionar para atender a necessidade diária de água [hr]
 
|0,67
 
|0,67
 
|0,86
 
|0,86
Line 193: Line 193:
 
|0
 
|0
 
|-
 
|-
−
|Generator working time [hrs/month]
+
|Tempo de trabalho do gerador [horas/mês]
 
|20,8
 
|20,8
 
|26,1
 
|26,1
Line 221: Line 221:
 
|
 
|
 
|-
 
|-
−
|'''Diesel pump working time [hrs/year]'''
+
|'''Tempo de funcionamento da bomba diesel [horas/ano]'''
 
|'''227,2'''
 
|'''227,2'''
 
|
 
|
Line 236: Line 236:
 
|}
 
|}
  
−
===Modelling the Financial Viability of the Solar Pumps===
+
===Modelando a Viabilidade Financeira das Bombas Solares===
  
−
==== Cost Comparison Between Diesel and Solar Pumps ====
+
==== Comparação de custos entre Bombas a Diesel e Solares ====
−
A cost comparison was done to see how do the diesel and solar pump compare over a lifetime of 25 years. This comparison looks at the CAPEX and operation & maintenance cost for both diesel and solar pumps (shown above).
+
Uma comparação de custos foi feita para ver como a bomba a diesel e a solar se comparam ao longo de uma vida útil de 25 anos. Esta comparação analisa o CAPEX e o custo de operação e manutenção para bombas a diesel e solares (mostrado acima).
  
−
As shown in the table as well as graph below, after 5 years, the solar pumps will be cheaper than diesel pump.  
+
Conforme mostrado na tabela e no gráfico abaixo, após 5 anos, as bombas solares serão mais baratas que as bombas a diesel.  
  
 
[[File:Comparison_of_diesel_vs_solar_pump.png|alt=|border]]
 
[[File:Comparison_of_diesel_vs_solar_pump.png|alt=|border]]
  
−
==== Financing Schemes for the End Consumers ====
+
==== Esquemas de Financiamento para os Consumidores Finais ====
−
'''Model 1: 100% self financing under PAYGO'''
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'''Modelo 1: 100% de autofinanciamento sob PAYGO'''
  
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PAYGO: 1,000 MZN monthly installment
+
PAYGO: 1,000 MT parcela mensal
  
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CAPEX: 80,000 MZN
+
CAPEX: 80,000 MT
 
[[File:Financing for SPIS in Mozambique.png|border|left]]
 
[[File:Financing for SPIS in Mozambique.png|border|left]]
  
  
−
Under this model, the farmer will repay the cost of the entire system in 6.66 years. The farmer do not receive any grant or subsidy and will pay the monthly installment regularly for the indicated time frame.
+
Nesse modelo, o agricultor pagará o custo de todo o sistema em 6,66 anos. O agricultor não recebe nenhuma subvenção ou subsídio e pagará a prestação mensal regularmente pelo prazo indicado.
  
 
<div style="clear: both;"></div>
 
<div style="clear: both;"></div>
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'''Model 2 : Grant and PAYGO'''
+
'''Modelo 2: Grant e PAYGO'''
  
 
Grant: 40% of CAPEX
 
Grant: 40% of CAPEX
  
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PAYGO: 60% at 1,000 MZN monthly installment
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PAYGO: 60% at 1,000 Mt parcela mensal
  
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CAPEX: 80,000 MZN
+
CAPEX: 80,000 MT
  
−
Under this model, the farmer will payback the system completely in 4 years time frame. The farmer also receives 40% of grant and will only payback the 60% of the system cost over the indicated timeframe.  
+
Sob este modelo, o agricultor pagará o sistema completamente em 4 anos. O agricultor também recebe 40% da subvenção e só devolverá os 60% do custo do sistema no prazo indicado.  
  
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=== Grid Electricity ===
+
=== Eletricidade da Rede ===
−
This analysis does not compare with the grid electricity as the grid is available mostly in urban settings and the areas where irrigation is needed, the farmers rely mostly on off-grid solutions. The electricity is also provided at a flat rate irrespective of the usage especially in case of social usage like irrigation.
+
Esta análise não se compara com a eletricidade da rede, pois a rede está disponível principalmente em ambientes urbanos e nas áreas onde a irrigação é necessária, os agricultores dependem principalmente de soluções fora da rede. A eletricidade também é fornecida a uma taxa fixa, independentemente do uso, especialmente no caso de uso social, como irrigação.
  
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=== Conclusion ===
+
=== Conclusão ===
−
Solar irrigation has a great potential in Mozambique, considering the demand for irrigation. However, the high upfront cost and lack of after-sales services do pose a challenge for the wider adoption of the solar pumps. There are cheaper models of pumps (mostly Chinese) available in the market but for our analysis we used the more reputed brands.  
+
A irrigação solar tem um grande potencial em Moçambique, tendo em conta a procura de irrigação. No entanto, o alto custo inicial e a falta de serviços pós-venda representam um desafio para a adopção mais ampla das bombas solares. Existem modelos de bombas mais baratas (principalmente chinesas) disponíveis no mercado mas, para nossa análise usamos as marcas mais conceituadas.  
  
−
In terms of PAYGO, the challenge lies in finding a balance between the amount the farmer is ready to pay and a time frame that the company is willing to take risks on. There are other solutions such as asset financing where the payment is distributed to harvest time and the farmer ultimately owns the system.
+
Em termos de PAYGO, o desafio está em encontrar um equilíbrio entre o valor que o agricultor está disposto a pagar e o prazo que a empresa está disposta a assumir riscos. Existem outras soluções, como o financiamento de activos, onde o pagamento é distribuído na época da colheita e o agricultor é o proprietário do sistema.
 
[[Category:Mozambique]]
 
[[Category:Mozambique]]
 
[[Category:Solar Pumping]]
 
[[Category:Solar Pumping]]
 
[[Category:Irrigation]]
 
[[Category:Irrigation]]
 
[[Category:Solar]]
 
[[Category:Solar]]

Revision as of 07:27, 24 February 2022

Introdução

Este caso de modelo de negócios analisa a viabilidade financeira da irrigação movida a energia solar em Moçambique. Todos os dados e preços utilizados neste cenário são baseados na informação de mercado obtida em Janeiro de 2022 e foram recolhidos contactando o principal fornecedor de bombas solares e diesel em Moçambique. As informações foram coletadas via e-mail e consultas telefônicas.

Suposição de Demanda

Para o cenário de negócio , considera-se um pequeno agricultor na província da Zambézia em Moçambique que possui 1,2 hectares de terra. O agricultor quer instalar um sistema de irrigação movido a energia solar (SIES) e está praticando dois sistemas de cultivo. Este cenário também explora diferentes modelos de financiamento (doação, PAYGO...) para o financiamento do sistema SIES.

Para calcular o cenário de negócios para sistemas de irrigação movidos a energia solar (SPIS) em Moçambique, nossa metodologia incluiu quatro etapas:

  1. Calcular a necessidade máxima anual de água da cultura
  2. Dimensionar o sistema SIES acordado
  3. Dimensionar o sistema diesel acordado
  4. Modelar a viabilidade financeira do sistema SIES

Calculando a Necessidade de Água da Cultura

Temporal distribution of rain and temperature in Zambezia Province.png

Para esta análise, o agricultor adopta uma safra de dois cultivos com cultivo solo, ou seja, apenas uma cultura é plantada em toda a área de uma fazenda de cada vez. As culturas seleccionadas são Milho e Tomate. O milho é a cultura básica em Moçambique e o tomate é uma das culturas de alto valor. A época de colheita principal começa a partir de Outubro/Novembro e a época de colheita da segunda começa em Maio. O agricultor usa irrigação de superfície para o milho, pois é a forma mais comum de irrigação em Moçambique e tem uma eficiência de 65%. Para tomates, ele usará irrigação por gotejamento com eficiência de 90%.

Usando o SIES Caixa de ferramentas (Toolbox) - Ferramenta de Necessidade de Águal, a necessidade máxima diária de água para irrigação das culturas é calculada em 64 m3/dia no mês mais quente, com base na precipitação média e temperatura média diária da Província da Zambézia.

Tabela com a precipitação média e a temperatura média diária

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ag Set Out Nov Dez
Temperatura média diária [°C] 25 24 23 23 21 20 20 20 22 24 24 24
Precipitação (mm/mês) 290 290 260 150 60 70 30 30 20 60 150 360

Dimensionamento do sistema SIES

O sistema SIES é baseado na premissa técnica e financeira apresentada na tabela abaixo. O sistema seleccionado também já está disponível no mercado moçambicano e pode atender a vazão desejada.

Technical assumptions

Irradiância solar diária para a Zambézia 5.371 kWh/m2 
Perda do sistema 25%
Tipo de matriz Fixo
Taxa diária de bombeamento de água 64 m3 /day
Cabeça 10 m
Taxa de fluxo necessária se a bomba funcionar por 6 horas 10.6 m3/hr
Taxa de fluxo da bomba seleccionada a 10 m de altura manométrica 15 m3
Elevação vertical máxima 40
Tipo de bomba Submersível
Vida útil dos painéis solares 25 anos

Especificações financeiras

Taxa de desconto 13%
Preço (CAPEX) 80,000 MT
Custo de manutenção* 4% of CAPEX

3200 MT por ano

*O custo de reposição de peças de reposição como controlador de carga, inversor e bombas não foi considerado no cálculo financeiro. Para simplificar, o cenário considera 25 anos de vida útil para todos os componentes do sistema SIES.

Dimensionamento da Bomba Diesel

A bomba diesel seleccionada tem a seguinte especificação e já está disponível no mercado:

Especificação da bomba diesel

Quociente de vazão 36 m3/hr
Saída classificada 2.8kW (3.8hp) @3600rpm
Taxa de consumo de combustível 347ml/kWh @3600rpm
Consumo de combustível Taxa de consumo de combustível * Saída nominal

0.97 l/hr

CAPEX 34,970 MT
Maintenance cost 4% of CAPEX

1399 MT

Custo operacional 14,074 MT/ano
Preço do diesel por litro 62 MT/litro

Com base na demanda de irrigação, a bomba a diesel funcionará por aproximadamente 227 horas/ano para atender todas as nossas demandas de água (conforme mostrado na tabela abaixo).

Tempo de trabalho para bomba a diesel em um ano

Mai Jun Jul Ag Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr
necessidades de água (m3/dia) 24,2 31,3 59 64,3 59 15,2 3,9 0 10 0 0 0
horas que a bomba a diesel precisa funcionar para atender a necessidade diária de água [hr] 0,67 0,86 1,63 1,78 1,63 0,42 0,10 0 0,27 0 0 0
Tempo de trabalho do gerador [horas/mês] 20,8 26,1 50,8 55,4 49,2 13,1 3,25 8,6
Tempo de funcionamento da bomba diesel [horas/ano] 227,2

Modelando a Viabilidade Financeira das Bombas Solares

Comparação de custos entre Bombas a Diesel e Solares

Uma comparação de custos foi feita para ver como a bomba a diesel e a solar se comparam ao longo de uma vida útil de 25 anos. Esta comparação analisa o CAPEX e o custo de operação e manutenção para bombas a diesel e solares (mostrado acima).

Conforme mostrado na tabela e no gráfico abaixo, após 5 anos, as bombas solares serão mais baratas que as bombas a diesel.

Esquemas de Financiamento para os Consumidores Finais

Modelo 1: 100% de autofinanciamento sob PAYGO

PAYGO: 1,000 MT parcela mensal

CAPEX: 80,000 MT

Financing for SPIS in Mozambique.png


Nesse modelo, o agricultor pagará o custo de todo o sistema em 6,66 anos. O agricultor não recebe nenhuma subvenção ou subsídio e pagará a prestação mensal regularmente pelo prazo indicado.


Modelo 2: Grant e PAYGO

Grant: 40% of CAPEX

PAYGO: 60% at 1,000 Mt parcela mensal

CAPEX: 80,000 MT

Sob este modelo, o agricultor pagará o sistema completamente em 4 anos. O agricultor também recebe 40% da subvenção e só devolverá os 60% do custo do sistema no prazo indicado.

Eletricidade da Rede

Esta análise não se compara com a eletricidade da rede, pois a rede está disponível principalmente em ambientes urbanos e nas áreas onde a irrigação é necessária, os agricultores dependem principalmente de soluções fora da rede. A eletricidade também é fornecida a uma taxa fixa, independentemente do uso, especialmente no caso de uso social, como irrigação.

Conclusão

A irrigação solar tem um grande potencial em Moçambique, tendo em conta a procura de irrigação. No entanto, o alto custo inicial e a falta de serviços pós-venda representam um desafio para a adopção mais ampla das bombas solares. Existem modelos de bombas mais baratas (principalmente chinesas) disponíveis no mercado mas, para nossa análise usamos as marcas mais conceituadas.

Em termos de PAYGO, o desafio está em encontrar um equilíbrio entre o valor que o agricultor está disposto a pagar e o prazo que a empresa está disposta a assumir riscos. Existem outras soluções, como o financiamento de activos, onde o pagamento é distribuído na época da colheita e o agricultor é o proprietário do sistema.

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