التحسين التقني والاقتصادي لنظام هجين متصل بالشبكة يجمع بين الطاقة الشمسية والرياح وتخزين المياه المرفوعة للتحلية والطاقة في رأس غارب، مصر

الطاقة والمياه لبلدة ساحلية نامية

في مشاهد الصحراء المصرية، تكافح بعض المدن الساحلية لتأمين كل من الكهرباء الموثوقة ومياه الشرب النظيفة. رأس غارب، بلدة تعصف بها الرياح على خليج السويس، هي واحدة من هذه المدن. تستكشف هذه الدراسة ما إذا كان مزيج مصمم بعناية من الألواح الشمسية والتوربينات الهوائية وتخزين الطاقة بالمياه المرفوعة يمكن أن يزود آلاف المنازل والمزارع ومحطة ضخمة لتحلية مياه البحر — بينما يدرّ أيضاً دخلاً من خلال بيع الفائض من الطاقة الخضراء إلى الشبكة الوطنية.

لماذا هذه الزاوية من البحر الأحمر مهمة

تقع رأس غارب على الضفة الغربية لخليج السويس، وهي منطقة تفيض برياح قوية وثابتة وشمس ساطعة على مدار معظم العام. وفي الوقت نفسه، لا توجد فيها أنهار أو بحيرات، لذا يجب أن تأتي مياه الشرب والري من البحر عبر تحلية بالتناضح العكسي كثيفة الاستهلاك للطاقة. الطلب المحلي في تزايد: نحو 100,000 ساكن يحتاجون للكهرباء والمياه، وتوسّع الصناعات المرتبطة بالنفط، والمزارع التي تمتد على نحو 2,000 فدان تتطلب ريّاً منتظماً. هذه الاحتياجات المتداخلة تجعل رأس غارب مختبراً لحل تحدي «المياه‑الطاقة» في المناطق الساحلية الجافة.

بناء نظام مختلط للطاقة والمياه

صمم الباحثون نظاماً هجيناً كبيراً يجمع بين 157.6 ميغاواط من الطاقة الشمسية، و166.8 ميغاواط من طاقة الرياح، ومحطة تخزين بالمياه المرفوعة تعمل كأنها بطارية قابلة لإعادة الشحن. عندما تكون الشمس ساطعة والرياح قوية، تُستخدم الكهرباء الفائضة لضخ المياه من خزان منخفض إلى خزان مرتفع. وعندما يتلاشى ضوء الشمس أو تضعف الرياح، تعود المياه لتتدفق عبر التوربينات لتوليد الطاقة. بُنيت ملفات طلب واقعية بالساعة لثلاثة فئات من المستهلكين: 5,000 منزل لها ذروات مسائية، ومحطة تحلية تعمل على مدار الساعة وتنتج نحو 80,000 متر مكعب من المياه العذبة يومياً، وأحمال ري مرنة يمكن جدولتها ضمن ساعات سطوع الشمس. استُخدم عامل «تنوع» إحصائي حتى يتم تصميم المحطة لتلبية القمم المجمعة الحقيقية لهذه الاستخدامات المختلفة دون تكبير غير ضروري للحجم.

اختبار الأداء بتجارب رقمية

باستخدام أداة المحاكاة HOMER Pro وبيانات ناسا طويلة الأمد عن الإشعاع الشمسي والرياح، استكشف الفريق العديد من تصاميم النظام الممكنة وقارنها بخيار «اعتماد كامل على الشبكة» التقليدي. لكل تكوين، تتبعت البرمجية ما إذا تم تلبية كل الطلب، ومقدار الطاقة المتجددة المستخدمة، وما ستكون عليه التكاليف والإيرادات خلال عمر المشروع. التصميم الفائز يقدم حصة متجددة تبلغ 93.8% مع صفر حمولة غير ملباة، ما يعني أن المحطة الهجينة والتخزين يمكنهما تغطية احتياجات المدينة بالكامل مع الاعتماد على الشبكة الرئيسية فقط كنسخة احتياطية. وبفضل قوة الموارد في الموقع، تنتج المحطة أيضاً فائضاً كبيراً — أكثر من 520 جيجاواط‑ساعة سنوياً — يمكن تصديره إلى الشبكة الوطنية عبر خطوط الجهد العالي القائمة.

تحويل مرفق عام إلى مركز ربح

من الناحية الاقتصادية، الأرقام لافتة. عند احتساب إيرادات بيع الكهرباء الفائضة حسب تعريفة مصر للتغذية، يصبح صافي التكلفة الحالية للمشروع سالباً (−94.7 مليون دولار)، ما يعني أن الأرباح على مدى 25 إلى 30 عاماً تتجاوز كل نفقات الاستثمار والتشغيل. يتم سداد الإنفاق الرأسمالي الأولي البالغ نحو 358 مليون دولار في أقل من عامين، وتصل نسبة العائد الداخلي إلى 53%، وهي أعلى بكثير من المشاريع البنية التحتية النموذجية. تشير اختبارات الحساسية إلى أنه حتى لو انخفضت سرعات الرياح، أو ارتفعت تكلفة الألواح الشمسية، أو تراجعت أسعار شراء الفائض، سيظل النظام الهجين أكثر جاذبية من الاعتماد على الشبكة وحدها.

خفض التلوث مع تأمين المياه

لأن نحو كل كهرباء رأس غارب في هذا التصميم تأتي من الشمس والرياح وتخزين المياه، ينخفض الاعتماد على طاقة الشبكة المعتمدة على الوقود الأحفوري بشكل كبير. تقدّر الدراسة انخفاضات سنوية بحوالي 292 مليون كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون، إلى جانب تخفيضات كبيرة في ثاني أكسيد الكبريت وأكسيدات النيتروجين — وهي ملوثات مرتبطة بالضباب الدخاني، والأمطار الحمضية، والمشكلات الصحية. عملياً، لا تقتصر وظيفة المحطة الهجينة على تشغيل المنازل والمزارع ومحطة التحلية؛ بل تعمل أيضاً كـ«إسفنجة كربون» إقليمية، معوّضةً للانبعاثات التي كان من الممكن أن تُنتَج في أماكن أخرى على الشبكة.

مخطط قابل للتطبيق لمناطق ساحلية أخرى

لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن مزيجاً مُحسَناً من الطاقة الشمسية والرياح وتخزين المياه المرفوعة يمكنه القيام بأكثر من مجرد إبقاء الأنوار مضاءة. في رأس غارب، يمكنه تأمين مياه الشرب، ودعم إنتاج الغذاء، وتحويل خدمة عامة أساسية إلى أصل مربح ومنخفض الكربون. يجادل المؤلفون بأن هذا النهج يقدم نموذجاً قابلاً للتوسع لمناطق ساحلية وصحراوية مماثلة حول العالم، حيث يمكن تسخير الشمس والرياح القويتين ليس فقط لتغذية المجتمعات بالطاقة، بل أيضاً لإنتاج المياه التي تحتاجها لتزدهر.

الاستشهاد: Awad, H., Abu El-Nasr, N.S.M., Mahmoud, H. et al. Techno-economic optimization of a grid-connected solar–wind - pumped hydro hybrid system for energy and desalination in Ras Ghareb, Egypt. Sci Rep 16, 14425 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49904-2

الكلمات المفتاحية: الطاقة المتجددة, التحلية, تخزين الطاقة بالمياه المرفوعة, مصر, أنظمة الطاقة الهجينة