Ερευνητές από τη Γερμανία μελέτησαν την τεχνική και οικονομική βιωσιμότητα ενός μεγάλου εργοστασίου αφαλάτωσης θαλασσινού νερού με αντίστροφη όσμωση (SWRO), το οποίο θα λειτουργεί στην Ιορδανία, τροφοδοτούμενο από φωτοβολταϊκά.
Το εργοστάσιο είναι σχεδιασμένο να λειτουργεί με μια μεταβλητή καμπύλη λειτουργίας, ακολουθώντας το προφίλ ισχύος των φωτοβολταϊκών, ενώ παράλληλα θα εισάγει ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο. Το εργοστάσιο αφαλάτωσης αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία το 2030/2031. Στόχος του είναι να αφαλατώσει νερό από την Ερυθρά Θάλασσα, στο νότιο τμήμα της χώρας, και να το μεταφέρει μέσω ενός δικτύου αντλιοστασίων και ρυθμιστικών δεξαμενών σε απόσταση 435 χλμ., με υψομετρική διαφορά 1.398 μ.
Στην ανάλυσή τους, οι επιστήμονες συνδύασαν το σύστημα SWRO με ένα φωτοβολταϊκό πάρκο που βρίσκεται στην περιοχή Μαάν της Ιορδανίας. Υποθέτουν ότι το πάρκο χρησιμοποιεί φωτοβολταϊκά πάνελ με ισχύ 460 W και απόδοση 18,28%, εγκατεστημένα σε σύστημα μονού άξονα παρακολούθησης του ήλιου. Στο πρώτο σενάριο που εξετάστηκε, το εργοστάσιο αφαλάτωσης SWRO προσαρμόζεται σε ένα φωτοβολταϊκό πάρκο με στόχο τη μέγιστη δυνατή αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας, με εγκατεστημένη ισχύ 89,2 MW. Το δεύτερο σενάριο εστιάζει στη μεγιστοποίηση της διαθεσιμότητας παραγωγής νερού, με εγκατεστημένη ισχύ 587,5 MW.
«Πολλές λειτουργικές μέθοδοι είναι δυνατές εντός του ασφαλούς λειτουργικού πλαισίου των μεμβρανών αντίστροφης όσμωσης (RO) για εργοστάσια αφαλάτωσης SWRO που λειτουργούν με μεταβλητές ταχύτητες», εξήγησαν οι ερευνητές. «Συγκεκριμένα, τέσσερις λειτουργικές μέθοδοι θεωρούνται κατάλληλες: η διατήρηση σταθερής πίεσης τροφοδοσίας, ανάκτησης, ροής τροφοδοσίας ή ροής συμπυκνωμένου διαλύματος. Ωστόσο, οι λειτουργικές μέθοδοι σταθερής πίεσης τροφοδοσίας και ρυθμού ανάκτησης είναι μειονεκτικές λόγω του μικρότερου εύρους λειτουργίας τους και της υψηλότερης ενεργειακής κατανάλωσης σε σύγκριση με τις μεθόδους σταθερής ροής τροφοδοσίας ή ροής συμπυκνωμένου διαλύματος».
Οι ερευνητές αποφάσισαν να επικεντρωθούν στη μέθοδο σταθερής ροής τροφοδοσίας, η οποία διασφαλίζει ότι η ροή του θαλασσινού νερού προς τις μεμβράνες RO παραμένει σταθερή, ενώ η πίεση προσαρμόζεται ανάλογα με τη διαθέσιμη ισχύ. Επίσης, εξέτασαν τη μέθοδο σταθερής ροής συμπυκνωμένου διαλύματος, όπου η ροή του αλμόλοιπου διαλύματος παραμένει σταθερή, ενώ η ροή τροφοδοσίας και η πίεση προσαρμόζονται βάσει της διαθέσιμης ισχύος.
«Η μέθοδος σταθερής ροής συμπυκνωμένου διαλύματος είναι πιο αποδοτική στη χρήση της φωτοβολταϊκής ενέργειας, με 5% υψηλότερη ενεργειακή απόδοση και 306 περισσότερες ώρες λειτουργίας, ειδικά αν ληφθεί υπόψη η επιπλέον ενέργεια που απαιτείται για την άντληση θαλασσινού νερού», υπογράμμισαν οι επιστήμονες. «Επιπλέον, η σταθερή ροή συμπυκνωμένου διαλύματος υποστηρίζει ένα σταθερό καθεστώς ροής για τις συσκευές ανάκτησης ενέργειας, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο ανάμειξης του συμπυκνωμένου και του τροφοδοτούμενου διαλύματος λόγω προσωρινών ανισορροπιών ροής».
Η ανάλυση έδειξε επίσης ότι ο ρυθμός παραγωγής νερού ανέρχεται μόλις στο 31%-33% της σχεδιαστικής δυναμικότητας του εργοστασίου, σε σύγκριση με ένα εργοστάσιο αφαλάτωσης που λειτουργεί συνεχώς με 97% ρυθμό παραγωγής. «Ως εκ τούτου, η ύπαρξη πλεονάζουσας φωτοβολταϊκής ισχύος συμβάλλει στην αύξηση της παραγωγής νερού, αλλά μόνο μέχρι ενός σημείου που καθορίζεται από τη διαθεσιμότητα της ηλιακής ακτινοβολίας. Με αυξημένη φωτοβολταϊκή ισχύ στα 587,5 MW, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν μέγιστο ρυθμό παραγωγής περίπου 47% και για τις δύο λειτουργικές μεθόδους», πρόσθεσε η ερευνητική ομάδα.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι το κόστος αφαλάτωσης και μεταφοράς νερού από την Άκαμπα στο Αμμάν, όταν η λειτουργία του συστήματος βασίζεται στο προφίλ ισχύος των φωτοβολταϊκών, ανέρχεται περίπου σε 2,5$/m³ με 46% διαθεσιμότητα παραγωγής νερού, σε σύγκριση με 1,8$/m³ σε συνεχή λειτουργία με 46% φωτοβολταϊκή συμμετοχή.
