Ottimizzazione tecno-economica di un sistema ibrido solare–eolico con pompaggio idroelettrico connesso alla rete per energia e desalinizzazione a Ras Ghareb, Egitto

Energia e acqua per una città costiera in crescita

Nei paesaggi desertici d’Egitto, alcune città costiere fanno fatica a garantire sia elettricità affidabile sia acqua potabile pulita. Ras Ghareb, una città battuta dal vento nel Golfo di Suez, è una di queste. Questo studio valuta se un mix ben progettato di pannelli solari, turbine eoliche e accumulo idrico possa fornire energia a migliaia di case, aziende agricole e a un grande impianto di desalinizzazione dell’acqua di mare—e allo stesso tempo generare ricavi vendendo energia verde in eccesso alla rete nazionale.

Perché questo angolo del Mar Rosso è importante

Ras Ghareb si trova sulla sponda occidentale del Golfo di Suez, un’area beneficata da venti forti e costanti e da una radiazione solare intensa quasi tutto l’anno. Allo stesso tempo non ci sono fiumi o laghi, per cui l’acqua potabile e per l’irrigazione deve provenire dal mare tramite la desalinizzazione a osmosi inversa, che richiede molta energia. La domanda locale è in aumento: circa 100.000 residenti necessitano di elettricità e acqua, le attività legate al petrolio si stanno espandendo e aziende agricole che occupano 2.000 acri richiedono irrigazione regolare. Questi bisogni sovrapposti fanno di Ras Ghareb un campo di prova per affrontare la sfida «acqua–energia» nelle regioni costiere aride.

Progettare un sistema energetico e idrico misto

I ricercatori hanno progettato un grande sistema ibrido che combina 157,6 megawatt di potenza solare, 166,8 megawatt di potenza eolica e una stazione di pompaggio idroelettrico che funziona come una gigantesca batteria ricaricabile. Quando il sole è forte e il vento soffia, l’elettricità in eccesso pompa acqua da un bacino inferiore a uno superiore. Quando la luce diminuisce o il vento cala, l’acqua ridiscende attraverso turbine per generare energia. Sono stati costruiti profili di domanda oraria realistici per tre tipi di consumatori: 5.000 abitazioni con picchi serali, un impianto di desalinizzazione che funziona 24 ore producendo circa 80.000 metri cubi d’acqua dolce al giorno, e carichi di irrigazione flessibili che possono essere spostati nelle ore di maggiore insolazione. È stato utilizzato un fattore statistico di «diversità» in modo che l’impianto sia dimensionato per soddisfare i picchi combinati reali di questi utenti senza risultare inutilmente sovradimensionato.

Testare le prestazioni con esperimenti digitali

Usando lo strumento di simulazione HOMER Pro e dati NASA a lungo termine su sole e vento, il team ha esplorato molte configurazioni possibili del sistema e le ha confrontate con un’opzione convenzionale «solo rete». Per ogni configurazione, il software ha monitorato se tutta la domanda fosse soddisfatta, quanta energia rinnovabile fosse utilizzata e quali sarebbero stati i costi e i ricavi nel corso della vita del progetto. Il progetto vincente raggiunge una quota rinnovabile del 93,8% con carico non soddisfatto pari a zero, il che significa che l’impianto ibrido e l’accumulo possono coprire completamente i bisogni della città appoggiandosi alla rete principale solo come riserva. Poiché le risorse del sito sono così abbondanti, l’impianto produce anche un grande surplus—più di 520 gigawattora all’anno—che può essere esportato nella rete nazionale attraverso le linee ad alta tensione esistenti.

Trasformare un servizio pubblico in un centro di profitto

Dal punto di vista economico, i numeri sono sorprendenti. Quando si includono i ricavi della vendita dell’elettricità in eccesso al tariffario feed‑in dell’Egitto, il costo netto attuale del progetto diventa negativo (−94,7 milioni di $), il che significa che i guadagni nei 25–30 anni superano tutti gli investimenti e i costi operativi. L’investimento iniziale di circa 358 milioni di $ viene recuperato in meno di due anni e il tasso interno di rendimento raggiunge il 53%, ben oltre i valori tipici dei progetti infrastrutturali. Le analisi di sensibilità suggeriscono che anche se le velocità del vento diminuissero, i pannelli solari diventassero più costosi o i prezzi di riacquisto calassero, il sistema ibrido resterebbe più interessante rispetto al solo affidarsi alla rete.

Ridurre l’inquinamento assicurando l’acqua

Poiché quasi tutta l’elettricità di Ras Ghareb in questo progetto proviene da sole, vento e accumulo idrico, la dipendenza dalla rete basata su combustibili fossili crolla. Lo studio stima riduzioni annue dell’ordine di 292 milioni di chilogrammi di anidride carbonica, oltre a forti tagli di ossidi di zolfo e ossidi di azoto—inquinanti legati a smog, piogge acide e problemi di salute. Di fatto, la stazione ibrida non solo alimenta case, aziende agricole e la desalinizzazione; si comporta anche come una «spugna di carbonio» regionale, compensando emissioni che altrimenti sarebbero state prodotte altrove sulla rete.

Un modello per altre regioni costiere

Per i non specialisti, il messaggio principale è che un mix adeguatamente dimensionato di solare, eolico e accumulo con pompaggio può fare molto più che tenere accese le luci. A Ras Ghareb può garantire l’acqua potabile, sostenere la produzione alimentare e trasformare un servizio pubblico essenziale in un bene redditizio e a basse emissioni di carbonio. Gli autori sostengono che questo approccio offre un modello scalabile per regioni costiere e desertiche simili in tutto il mondo, dove sole e vento intensi possono essere sfruttati non solo per alimentare le comunità, ma anche per produrre l’acqua necessaria alla loro prosperità.

Citazione: 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

Parole chiave: energie rinnovabili, desalinizzazione, accumulo ad acqua pompata, Egitto, sistemi di generazione ibridi