将并网太阳能—风能—抽水蓄能混合系统在埃及拉斯加里布用于能源与海水淡化的技术经济优化

为一个不断扩张的沿海小镇提供电力与水

在埃及的沙漠地带，一些沿海城市在确保可靠电力和清洁饮用水方面面临困难。位于苏伊士湾的风吹镇拉斯加里布就是其中之一。本研究探讨是否通过精心设计的太阳能电池板、风力发电机和水力储能组合，能够为数千户家庭、农场以及一家大型海水淡化厂提供电力与淡水——同时通过向国家电网出售多余的绿色电力获取收益。

为何红海这一角落很重要

拉斯加里布位于苏伊士湾西岸，这一带几乎全年享有强劲且稳定的风力与强烈的日照。与此同时，这里没有河流或湖泊，因此饮用与灌溉用水必须通过耗能的反渗透海水淡化获得。当地需求正在上升：约10万居民需要电力和水资源，石油相关产业在扩张，以及覆盖约2000英亩的农田需要定期灌溉。这些交叠的需求使拉斯加里布成为解决干旱沿海地区“水—能源”挑战的试验场。

构建混合能源与供水系统

研究人员设计了一个大型混合系统，包含157.6兆瓦的太阳能、166.8兆瓦的风能，以及一个充当巨大可充电电池的抽水蓄能站。当日照充足、风力强劲时，多余的电力用于将水从下部水库抽至上部水库；当日照减弱或风速下降时，水通过涡轮回落发电。研究为三类消费者构建了现实的逐小时需求曲线：有晚间用电高峰的5000户家庭、全天候运行并产生约8万立方米/日淡水的淡化厂，以及可灵活调度、可转移到日照充足时段的灌溉负荷。通过统计学上的“多样性系数”来确定设备规模，以满足不同用电主体的真实综合峰值而不过度设计。

用数字实验检验性能

研究团队使用HOMER Pro仿真工具与来自NASA的长期日照和风速数据，探索了多种可能的系统方案，并将其与传统的“仅依赖电网”选项进行比较。对于每种配置，软件跟踪是否满足所有需求、可再生能源被使用的比例，以及项目寿命期内的成本与收益。最优设计实现了93.8%的可再生能源份额且零未满足负荷，意味着混合电站与储能能够完全覆盖小镇需求，仅在备份情况下依赖主网。由于现场资源非常充足，该电站每年还能产生大量盈余——超过520吉瓦时，可经现有高压线路向国家电网出口。

将公用事业变成利润中心

从经济角度看，数据令人瞩目。若将按埃及上网电价出售多余电力的收入计入，项目的净现值成本变为负值（−9,470万美元），意味着在25到30年内的收益超过所有投资和运营费用。约3.58亿美元的初始资本支出在不到两年内收回，内部收益率达到53%，远高于典型基础设施项目。敏感性分析表明，即便风速下降、光伏组件成本上升或回购价下调，这一混合系统仍比单纯依赖电网更具吸引力。

减少污染并保障水资源

由于在该设计中拉斯加里布几乎全部电力来自太阳、风和水力储能，对化石燃料电网电力的依赖大幅下降。研究估算每年可减少约2.92亿千克二氧化碳，并大幅降低二氧化硫和氮氧化物排放——这些污染物与烟雾、酸雨和健康问题相关。实际上，该混合电站不仅为家庭、农场和淡化厂供电，还相当于一个区域性的“碳海绵”，抵消了本应在电网其他地方产生的排放。

为其他沿海地区提供蓝图

对非专业读者而言，主要结论是：适当规模化的太阳能、风能与抽水蓄能组合不仅能保持供电。在拉斯加里布，它还能保障饮用水、支持粮食生产，并将一项重要公共服务转变为有利可图且低碳的资产。作者认为，这一方法为全球类似的沿海和沙漠地区提供了可扩展的模型，在那里强烈的太阳与风力不仅能为社区供电，还能制造其赖以生存的水资源。

引用: 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

关键词: 可再生能源, 海水淡化, 抽水蓄能, 埃及, 混合电力系统