Grundwasserförderung in der Wüste mit Photovoltaik und Windenergie

Forscher der Israel University in Jordanien haben die Machbarkeit eines Wasserpumpensystems untersucht, das mit Solar- und Windenergie betrieben wird. In der jordanischen Wüste zwingt die begrenzte Wasserversorgung die Gemeinden dazu, sich für die Bewässerung von Landwirtschaft, Viehzucht und Haushalten auf Grundwasserquellen zu verlassen. Derzeit werden die meisten eigenständigen Wasserpumpensysteme (WPS) in der Region von Verbrennungsmotoren angetrieben.

„Die Ermittlung der Durchführbarkeit verschiedener Hybrides erneuerbares Energiesystem(HRES)-Optionen zur Stromversorgung eines WPS sind ein wichtiger Schritt, der erhebliche technische und wirtschaftliche Vorteile bringen könnte“, sagte das Team. „Darüber hinaus gab es keine spezielle Studie, um die Machbarkeit der Integration eines vollständig hybriden erneuerbaren Energiesystems in ein WPS in der Wüste und den Trockengebieten Jordaniens zu bewerten.“

Die Fallstudie konzentriert sich auf den Verbrauch des Al-Mudawwara WPS. Al-Mudawwara ist ein kleines Dorf im Osten Jordaniens, nahe der Grenze zu Saudi-Arabien. Die Temperatur liegt das ganze Jahr über zwischen 4 °C und 36,7 °C und die durchschnittliche monatliche Sonneneinstrahlung beträgt 3,79 kWh/m2/d im Dezember und 8,54 kWh/m2/d im Juni. Die durchschnittliche monatliche Windgeschwindigkeit variiert zwischen 6,29 m/s im Oktober und 9,15 m/s im Juni.

Das WPS verwendet derzeit Dieselkraftstoff mit einem täglichen Bedarf von 40,71 kWh und einem Spitzenbedarf von 8,48 kWh. Um dies zu bewerten, wurde HERS in der HOMER-Software für verschiedene Szenarien simuliert. Das erste Szenario besteht aus einem Dieselgenerator (DG) und einer Batterie (SB), das zweite Szenario besteht aus PV und SB, das dritte Szenario besteht aus einer Kombination aus PV, DG und SB und das vierte Szenario besteht aus einer Windturbine (WT), einer DG und einer SB. Das letzte Szenario verwendet eine Kombination aus PV, einer WT und einer SB.

In allen Szenarien ist die Photovoltaik monokristallin, 315 W, und hat einen Wirkungsgrad von 19 %. Die Windturbine hat eine Nennleistung von 10.000 W und die Batterien haben eine Kapazität von 3.000 Ah. Das Wechselrichtersystem hat eine Nennleistung von 5 kW und einen 12,5 kW-Generator. Das System wurde optimiert, um die niedrigsten Kosten pro kWh erzeugter Energie zu ermitteln.

Das optimale System besteht aus 33 Solarmodulen mit insgesamt 10,18 kW, einer 10-kW-WT, 8 Batterien und 3 Wechselrichtern.

Das System hatte Energiekosten (CoE) von 0,241 USD/kWh, eine Amortisationszeit von 6,67 Jahren und Nettogegenwartswertkosten (NPC) von 59.611 USD. Die Umsetzung der ausgewählten Option führt zur Beseitigung aller Treibhausgasemissionen, einschließlich CO2. Laut der Sensitivitätsanalyse ist ein nominaler Diskontsatz von 6,5 % für die Reduzierung von NPC und CoE angemessen. Die erzielten CoE liegen im typischen Bereich für die MENA-Region. Darüber hinaus erzielten HRESs Einheits-CoE von 0,241 USD/kWh, was im durchschnittlichen Bereich liegt.

Sie stellten ihre Ergebnisse in einem kürzlich in Environmental and Sustainability Indicators veröffentlichten Artikel vor: „Machbarkeitsstudie zur Kombination von Solar- und Windenergie zum Antrieb eines Wasserpumpensystems in der jordanischen Wüste/im Dorf Al-Mudawwara”.