Технико‑экономическая оптимизация гибридной системы «сеть‑связанная — солнце–ветер – подъём‑гидроаккумулирование» для энергоснабжения и опреснения в Рас‑Гареб, Египет

Электроэнергия и вода для растущего прибрежного города

В пустынных ландшафтах Египта некоторым прибрежным городам трудно обеспечить одновременно надёжное электроснабжение и чистую питьевую воду. Рас‑Гареб, продуваемый ветрами город у залива Суэц, — один из таких примеров. В этом исследовании изучается, может ли тщательно спроектированная комбинация солнечных панелей, ветровых турбин и накопителя энергии на основе воды обеспечить тысячи домов, хозяйств и крупный опреснительный завод — при том что излишки «зелёной» электроэнергии поступают в национальную сеть и приносят доход.

Почему этот уголок Красного моря важен

Рас‑Гареб расположен на западном берегу залива Суэц, в зоне, где почти круглый год дуют сильные устойчивые ветры и стоит интенсивное солнце. При этом здесь нет рек и озёр, поэтому питьевая и ирригационная вода берётся из моря посредством энергоёмкого опреснения обратным осмосом. Местный спрос растёт: около 100 000 жителей нуждаются в электричестве и воде, развиваются нефтяные отрасли, а фермы на площади примерно 2000 акров требуют регулярного орошения. Эти пересекающиеся потребности делают Рас‑Гареб полигоном для решения «водно‑энергетической» задачи в засушливых прибрежных регионах.

Создание комбинированной системы энергии и воды

Исследователи разработали крупную гибридную систему, объединяющую 157,6 мегаватта солнечной энергии, 166,8 мегаватта ветровой и станцию подъёмно‑гидроаккумулирования, действующую как гигантская перезаряжаемая батарея. Когда солнце яркое и ветер силён, избыточная электроэнергия перекачивает воду из нижнего резервуара в верхний. Когда свет убывает или ветер ослабевает, вода возвращается через турбины, генерируя энергию. Были созданы реалистичные почасовые профили спроса для трёх типов потребителей: 5000 домохозяйств с вечерними пиковыми нагрузками, круглосуточное опреснение ≈80 000 кубометров пресной воды в сутки и гибкие поливные нагрузки, которые можно смещать на солнечные часы. Для корректного учёта пиков и предотвращения избыточного увеличения мощности использовали статистический «коэффициент диверсификации», чтобы система была рассчитана на реальные совокупные пики разных пользователей.

Тестирование работы с помощью цифровых экспериментов

С применением симулятора HOMER Pro и долгосрочных данных NASA по солнцу и ветру команда исследовала множество вариантов конфигураций и сравнивала их с классическим вариантом «только сеть». Для каждой схемы программное обеспечение отслеживало, удовлетворялся ли весь спрос, какая доля энергии шла из возобновляемых источников и каковы были затраты и доходы в течение срока проекта. Победивший проект обеспечивает долю возобновляемой энергетики в 93,8% без невыполненных нагрузок, то есть гибридная станция с накопителем полностью покрывает потребности города, опираясь на основную сеть только как резерв. Благодаря сильным ресурсам на площадке система также производит большой излишек — более 520 гигаватт‑часов в год, который можно экспортировать в национальную сеть по существующим линиям высокого напряжения.

Преобразование коммунальной службы в источник прибыли

С экономической точки зрения цифры впечатляют. При учёте доходов от продажи излишков электроэнергии по египетскому тарифу проект показывает отрицательную чистую приведённую стоимость (−94,7 млн долл.), то есть доходы за 25–30 лет превышают все инвестиционные и операционные расходы. Первоначальные капитальные затраты примерно в 358 млн долл. окупаются менее чем за два года, а внутренняя норма доходности достигает 53%, что значительно выше типичных инфраструктурных проектов. Тесты чувствительности показывают, что даже при падении скоростей ветра, удорожании солнечных панелей или снижении цен выкупа гибридная система остаётся более привлекательной, чем полная зависимость от сети.

Сокращение загрязнений при обеспечении воды

Поскольку почти всё электричество в этой схеме получается от солнца, ветра и гидронакопителя, зависимость от сетевой электроэнергии на ископаемом топливе резко снижается. Исследование оценивает годовое сокращение выбросов CO2 примерно на 292 миллиона килограммов, а также значительное уменьшение выбросов SO2 и NOx — веществ, связанных со смогом, кислотными осадками и проблемами со здоровьем. Фактически гибридная станция не только питает дома, фермы и опреснение; она также действует как региональная «углеродная губка», компенсируя выбросы, которые в противном случае производились бы в других частях сети.

Шаблон для других прибрежных регионов

Для неспециалистов главный вывод таков: правильно подобранная смесь солнца, ветра и подъёмно‑гидроаккумулирования может дать гораздо больше, чем просто свет в домах. В Рас‑Гаребе она может обеспечить питьевую воду, поддержать производство продуктов питания и превратить важную коммунальную услугу в прибыльный, низкоуглеродный актив. Авторы утверждают, что такой подход представляет собой масштабируемую модель для аналогичных прибрежных и пустынных регионов по всему миру, где сильное солнце и ветер могут быть использованы не только для питания сообществ, но и для производства необходимой им воды.

Цитирование: 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

Ключевые слова: возобновляемая энергия, опреснение, накопление энергии в виде подъёмной гидроаккумуляции, Египет, гибридные энергетические системы