Optimización tecnoeconómica de un sistema híbrido solar–eólico conectado a la red con bombeo hidráulico para energía y desalinización en Ras Ghareb, Egipto

Energía y agua para una ciudad costera en crecimiento

En los paisajes desérticos de Egipto, algunas ciudades costeras tienen dificultades para garantizar tanto electricidad fiable como agua potable limpia. Ras Ghareb, una ciudad azotada por el viento en el golfo de Suez, es una de ellas. Este estudio explora si una mezcla cuidadosamente diseñada de paneles solares, aerogeneradores y almacenamiento de energía basado en agua puede suministrar a miles de hogares, explotaciones agrícolas y una gran planta desalinizadora de agua de mar, al tiempo que genera ingresos vendiendo el excedente de electricidad verde a la red nacional.

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Ras Ghareb se sitúa en la orilla occidental del golfo de Suez, una zona bendecida con vientos fuertes y constantes y una radiación solar intensa casi todo el año. Al mismo tiempo, carece de ríos o lagos, por lo que el agua para beber y regadío debe obtenerse del mar mediante desalinización por ósmosis inversa, que requiere mucha energía. La demanda local está aumentando: unos 100.000 habitantes necesitan electricidad y agua, las industrias relacionadas con el petróleo se están expandiendo y las explotaciones agrícolas que ocupan 2.000 acres requieren riego regular. Estas necesidades superpuestas convierten a Ras Ghareb en un banco de pruebas para abordar el desafío «agua–energía» en regiones costeras áridas.

Construyendo un sistema mixto de energía y agua

Los investigadores diseñaron un gran sistema híbrido que combina 157,6 megavatios de energía solar, 166,8 megavatios de energía eólica y una estación de bombeo hidroeléctrico que actúa como una enorme batería recargable. Cuando el sol brilla y el viento sopla con fuerza, el exceso de electricidad bombea agua desde un embalse inferior a uno superior. Cuando la luz disminuye o los vientos aflojan, el agua vuelve a bajar a través de turbinas para generar electricidad. Se elaboraron perfiles de demanda horarios realistas para tres tipos de consumidores: 5.000 hogares con picos por la tarde, desalinización continua que produce alrededor de 80.000 metros cúbicos de agua dulce por día, y cargas de riego flexibles que pueden desplazarse a las horas de mayor insolación. Se usó un «factor de diversidad» estadístico para dimensionar la planta de modo que cubra los picos combinados reales de estos distintos usuarios sin sobredimensionarla innecesariamente.

Probando el rendimiento con experimentos digitales

Con la herramienta de simulación HOMER Pro y datos de larga duración de la NASA sobre radiación solar y viento, el equipo exploró muchas configuraciones posibles del sistema y las comparó con una opción convencional «solo red». Para cada configuración, el software registró si se satisfacía toda la demanda, cuánto de la energía era renovable y cuáles serían los costes e ingresos durante la vida del proyecto. El diseño ganador ofrece una participación renovable del 93,8 % con cero carga no satisfecha, lo que significa que la planta híbrida y el almacenamiento pueden cubrir por completo las necesidades de la ciudad apoyándose en la red principal solo como respaldo. Dado que los recursos del sitio son muy abundantes, la planta también produce un gran excedente —más de 520 gigavatios-hora al año— que puede exportarse a la red nacional a través de las líneas de alta tensión existentes.

Convertir a una empresa de servicios en un centro de beneficios

Desde el punto de vista económico, las cifras son llamativas. Al incluir los ingresos por la venta del excedente eléctrico al arancel de inyección de Egipto, el coste neto presente del proyecto se vuelve negativo (−94,7 millones de dólares), lo que significa que los ingresos en 25 a 30 años superan todas las inversiones y gastos operativos. El desembolso inicial de capital, de unos 358 millones de dólares, se recupera en menos de dos años y la tasa interna de retorno alcanza el 53 %, muy por encima de los proyectos de infraestructura típicos. Las comprobaciones de sensibilidad sugieren que, incluso si las velocidades del viento bajaran, los paneles solares se encarecieran o los precios de recompra cayeran, el sistema híbrido seguiría siendo más atractivo que depender únicamente de la red.

Reducir la contaminación mientras se garantiza el agua

Puesto que casi toda la electricidad de Ras Ghareb en este diseño procede del sol, el viento y el almacenamiento por agua, la dependencia de la energía de la red basada en combustibles fósiles cae drásticamente. El estudio estima reducciones anuales de alrededor de 292 millones de kilogramos de dióxido de carbono, además de fuertes recortes en dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, contaminantes vinculados al smog, la lluvia ácida y problemas de salud. En efecto, la estación híbrida no solo abastece hogares, explotaciones agrícolas y la desalinización; también actúa como una «esponja de carbono» regional, compensando emisiones que de otro modo se habrían producido en la red.

Un modelo para otras regiones costeras

Para el público general, el mensaje principal es que una mezcla bien dimensionada de solar, eólica y almacenamiento por bombeo puede hacer mucho más que mantener las luces encendidas. En Ras Ghareb, puede asegurar agua potable, apoyar la producción alimentaria y transformar un servicio público esencial en un activo rentable y de baja emisión de carbono. Los autores sostienen que este enfoque ofrece un modelo escalable para regiones costeras y desérticas similares en todo el mundo, donde el sol y el viento intensos pueden aprovecharse no solo para suministrar energía a las comunidades, sino también para producir el agua que necesitan para prosperar.

Cita: 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

Palabras clave: energía renovable, desalinización, almacenamiento por bombeo hidroeléctrico, Egipto, sistemas de energía híbridos