Techno-ökonomische Optimierung eines netzgekoppelten Solar–Wind‑Pumpspeicher‑Hybridsystems für Energie und Entsalzung in Ras Ghareb, Ägypten

Strom und Wasser für eine wachsende Küstenstadt

In Ägyptens Wüstenlandschaften haben einige Küstenstädte Schwierigkeiten, sowohl zuverlässige Elektrizität als auch sauberes Trinkwasser sicherzustellen. Ras Ghareb, eine windumtoste Stadt am Golf von Suez, ist eine davon. Diese Studie untersucht, ob ein sorgfältig abgestimmtes Ensemble aus Solarmodulen, Windturbinen und wasserbasierter Energiespeicherung Tausende Haushalte, landwirtschaftliche Betriebe und eine große Meerwasserentsalzungsanlage versorgen kann — und gleichzeitig Einnahmen erzielt, indem überschüssiger grüner Strom ans nationale Netz verkauft wird.

Warum diese Ecke des Roten Meeres wichtig ist

Ras Ghareb liegt an der Westküste des Golfs von Suez, einer Region mit starken, beständigen Winden und fast ganzjährig intensiver Sonneneinstrahlung. Gleichzeitig fehlen Flüsse oder Seen, sodass Trink- und Bewässerungswasser aus dem Meer mittels energieintensiver Umkehrosmose gewonnen werden muss. Die lokale Nachfrage steigt: rund 100.000 Einwohner benötigen Strom und Wasser, ölbezogene Industrien expandieren, und landwirtschaftliche Flächen von etwa 2.000 Acres brauchen regelmäßige Bewässerung. Diese sich überlappenden Bedürfnisse machen Ras Ghareb zu einem Prüfstand für die Lösung der „Wasser‑Energie“-Herausforderung in trockenen Küstenregionen.

Aufbau eines gemischten Energie‑ und Wassersystems

Die Forschenden entwarfen ein großes Hybridsystem, das 157,6 Megawatt Solarleistung, 166,8 Megawatt Windleistung und eine Pumpspeicher‑Anlage kombiniert, die wie eine riesige wiederaufladbare Batterie fungiert. Wenn die Sonne scheint und der Wind stark ist, pumpt überschüssiger Strom Wasser aus einem unteren in ein oberes Reservoir. Wenn das Sonnenlicht nachlässt oder der Wind schwächer wird, läuft Wasser zurück durch Turbinen und erzeugt Strom. Realistische stundenbasierte Lastprofile wurden für drei Verbrauchertypen erstellt: 5.000 Haushalte mit Abendspitzen, eine rund um die Uhr betriebene Entsalzungsanlage, die etwa 80.000 Kubikmeter Süßwasser pro Tag produziert, und flexible Bewässerungslasten, die in sonnige Stunden verschoben werden können. Ein statistischer „Diversitätsfaktor“ wurde verwendet, damit die Anlage so dimensioniert ist, dass sie die tatsächlichen kombinierten Spitzen dieser unterschiedlichen Nutzer abdeckt, ohne übermäßig überdimensioniert zu sein.

Leistungsprüfung mit digitalen Experimenten

Mithilfe des Simulationswerkzeugs HOMER Pro und langjähriger NASA‑Daten zu Sonneneinstrahlung und Wind untersuchte das Team viele mögliche Systemkonfigurationen und verglich sie mit einer konventionellen „nur Netz“-Option. Für jede Konfiguration verfolgte die Software, ob die gesamte Nachfrage gedeckt wurde, wie viel erneuerbare Energie genutzt wurde und welche Kosten und Einnahmen über die Lebensdauer des Projekts anfallen würden. Das siegreiche Design erreicht einen Anteil erneuerbarer Energie von 93,8 % bei null ungedeckter Last, was bedeutet, dass die Hybridanlage und der Speicher den Bedarf der Stadt vollständig decken können und das Hauptnetz nur als Backup dient. Wegen der starken lokalen Ressourcen erzeugt die Anlage zudem einen großen Überschuss — über 520 Gigawattstunden pro Jahr —, der über bestehende Hochspannungsleitungen ins nationale Netz exportiert werden kann.

Ein Versorgungsunternehmen als Profitcenter

Wirtschaftlich sind die Zahlen eindrücklich. Werden die Einnahmen aus dem Verkauf überschüssigen Stroms zum ägyptischen Einspeisetarif berücksichtigt, wird die Nettobarriere des Projekts negativ (−94,7 Mio. $), was bedeutet, dass die Einnahmen über 25 bis 30 Jahre alle Investitions‑ und Betriebskosten übersteigen. Der anfängliche Kapitalaufwand von etwa 358 Mio. $ ist in weniger als zwei Jahren zurückgezahlt, und die interne Rendite (IRR) erreicht 53 %, weit über typischen Infrastrukturprojekten. Sensitivitätsprüfungen legen nahe, dass das Hybridsystem gegenüber reinen Netzlösungen vorteilhaft bleibt, selbst wenn die Windgeschwindigkeiten nachließen, Solarpanele teurer würden oder Rückkaufpreise sänken.

Verschmutzung reduzieren und Wasser sichern

Da in diesem Entwurf nahezu der gesamte Strom von Ras Ghareb aus Sonne, Wind und Wasserspeicherung stammt, sinkt die Abhängigkeit von fossil befeuertem Netzstrom drastisch. Die Studie schätzt jährliche Reduktionen von rund 292 Millionen Kilogramm Kohlendioxid sowie erhebliche Einsparungen bei Schwefel‑ und Stickoxiden — Schadstoffe, die mit Smog, saurem Regen und Gesundheitsproblemen verbunden sind. Effektiv fungiert die Hybridstation nicht nur als Energieversorger für Haushalte, Landwirtschaft und Entsalzung, sondern auch als regionaler „Kohlenstoffschwamm“, der Emissionen ausgleicht, die andernfalls im Netz entstanden wären.

Ein Blaupause für andere Küstenregionen

Für Nichtfachleute lautet die Hauptbotschaft: Eine richtig dimensionierte Mischung aus Solar, Wind und Pumpspeicher kann weit mehr leisten als nur die Lichter am Leuchten zu halten. In Ras Ghareb kann sie Trinkwasser sichern, die Nahrungsmittelproduktion unterstützen und einen wichtigen öffentlichen Dienst in einen profitablen, kohlenstoffarmen Vermögenswert verwandeln. Die Autorinnen und Autoren argumentieren, dass dieser Ansatz ein skalierbares Modell für ähnliche Küsten‑ und Wüstenregionen weltweit bietet, in denen starke Sonne und Wind nicht nur Gemeinden mit Strom versorgen, sondern auch das Wasser erzeugen können, das sie zum Gedeihen benötigen.

Zitation: 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

Schlüsselwörter: erneuerbare Energien, Entsalzung, Pumpspeicher, Ägypten, hybride Energiesysteme