Tekno-ekonomisk optimering av ett nätanslutet hybridssystem med sol–vind och pumpat vattenkraft för energi och avsaltning i Ras Ghareb, Egypten

El och vatten för en växande kuststad

I Egyptens ökenlandskap har vissa kuststäder svårt att säkra både tillförlitlig elektricitet och rent dricksvatten. Ras Ghareb, en vindpinad stad vid Röda havets buk Gulf of Suez, är en av dem. Denna studie undersöker om en noggrant utformad blandning av solpaneler, vindkraftverk och vattenbaserad energilagring kan försörja tusentals hem, jordbruk och en stor avsaltningsanläggning—samtidigt som den tjänar pengar genom att sälja överskottsel till nationella nätet.

Varför detta hörn av Röda havet är viktigt

Ras Ghareb ligger på västra stranden av Gulf of Suez, ett område som är försett med starka, jämna vindar och intensivt solsken nästan året runt. Samtidigt saknas floder och sjöar, så dricksvatten och bevattningsvatten måste komma från havet via energikrävande omvänd osmos-avsaltning. Den lokala efterfrågan ökar: omkring 100 000 invånare behöver el och vatten, oljeindustrirelaterade verksamheter expanderar och jordbruk som täcker 2 000 acres kräver regelbunden bevattning. Dessa överlappande behov gör Ras Ghareb till ett provfält för att lösa "vatten–energi"-utmaningen i torra kustregioner.

Att bygga ett blandat energi- och vattensystem

Forskarna designade ett stort hybridsystem som kombinerar 157,6 megawatt solkraft, 166,8 megawatt vindkraft och en pumpad vattenkraftstation som fungerar som ett jättestort uppladdningsbart batteri. När solen skiner och vinden är stark pumpas överskottsenergi för att lyfta vatten från en lägre till en högre reservoar. När solljuset avtar eller vinden mattas flyter vattnet tillbaka genom turbiner för att generera el. Realistiska timprofiler för efterfrågan byggdes upp för tre typer av konsumenter: 5 000 hushåll med kvällspeak, kontinuerlig avsaltning som producerar cirka 80 000 kubikmeter färskvatten per dag, och flexibla bevattningslaster som kan flyttas till soliga timmar. En statistisk "diversitetsfaktor" användes så att anläggningen dimensioneras för att möta de verkliga samlade topplasten hos dessa olika användare utan att bli onödigt överdimensionerad.

Testa prestanda med digitala experiment

Med simuleringsverktyget HOMER Pro och långsiktiga NASA-data om sol och vind utforskade teamet många möjliga systemdesign och jämförde dem med ett konventionellt "endast nät"-alternativ. För varje konfiguration följde programvaran om all efterfrågan möttes, hur mycket förnybar energi som användes och vad kostnaderna och intäkterna skulle bli över projektets livslängd. Vinnande design levererar en förnybar andel på 93,8 % med noll otillfredsställd last, vilket innebär att hybridanläggningen och lagringen kan täcka stadens behov fullt ut och endast förlita sig på huvudnätet som backup. Eftersom platsens resurser är så starka producerar anläggningen också ett stort överskott—över 520 gigawattimmar per år—som kan exporteras till nationella nätet via befintliga högspänningsledningar.

Göra ett offentligt verk till en vinstkälla

Ekonomiskt sett är siffrorna slående. När intäkter från försäljning av överskottsel till Egyptens feed‑in-taxa inkluderas blir projektets nettonuvärdeskostnad negativ (−94,7 miljoner dollar), vilket innebär att intäkterna över 25 till 30 år överstiger alla investerings‑ och driftskostnader. Den initiala kapitalinsatsen på cirka 358 miljoner dollar återbetalas på mindre än två år och internräntan når 53 %, klart över vanliga infrastrukturprojekt. Känslighetsanalyser antyder att även om vindhastigheterna sjönk, solpanelerna blev dyrare eller återköpspriser föll, skulle hybridsystemet förbli mer attraktivt än att enbart förlita sig på nätet.

Minska föroreningar samtidigt som vattnet säkras

Där nästan all elektricitet i Ras Ghareb i denna design kommer från sol, vind och vattenlagring sjunker beroendet av fossildriven nätkraft kraftigt. Studien uppskattar årliga reduktioner på omkring 292 miljoner kilogram koldioxid, plus stora minskningar av svaveldioxid och kväveoxider—föroreningar kopplade till smog, surt regn och hälsoproblem. I praktiken fungerar hybridstationen inte bara som kraftkälla för hem, jordbruk och avsaltning; den fungerar också som en regional "kolsänka" och kompenserar utsläpp som annars skulle ha producerats någon annanstans på nätet.

En ritning för andra kustområden

För icke‑specialister är huvudbudskapet att en rätt dimensionerad mix av sol, vind och pumpad vattenkraftslagring kan göra mycket mer än att bara hålla lamporna tända. I Ras Ghareb kan den säkra dricksvatten, stödja livsmedelsproduktion och förvandla en nödvändig offentlig tjänst till en lönsam, lågkoldioxid tillgång. Författarna hävdar att detta tillvägagångssätt erbjuder en skalbar modell för liknande kust‑ och ökenregioner världen över, där stark sol och vind kan utnyttjas inte bara för att driva samhällen, utan också för att producera det vatten de behöver för att blomstra.

Citering: 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

Nyckelord: förnybar energi, avsaltning, pumpat vattenkraftslagring, Egypten, hybrida kraftsystem