Analysis of solar energy in desalination plants in Saudi Arabia
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Alshail, KhalidEditorial
Universidad de Granada
Departamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en Ingeniería CivilMateria
Solar energy Desalination plants Saudi Arabia Energía solar Plantas desaladoras Arabia Saudí
Date
2020Fecha lectura
2020-06-25Referencia bibliográfica
Alshail, Khalid. Analysis of solar energy in desalination plants in Saudi Arabia. Granada: Universidad de Granada, 2020. [http://hdl.handle.net/10481/63503]
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Tesis Univ. Granada.Résumé
Water scarcity is an issue in a number of countries, especially in semi-arid and arid areas. One
of the most promising applications of solar energy is water desalination, especially in regions where
fresh water is scarce, and sunlight is abundant. Desalination is a growing and necessary source of
fresh water, but it is highly energy-intensive. Conventional desalination is currently supported by
fossil fuels, and it is critical to explore renewable options to reduce pollution. The most important
of these options is solar power. In the Middle East and North Africa (MENA), seawater
desalination has been among the key sources of potable water. In the Gulf region, and especially
in some of the Gulf Cooperation Council (GCC) countries, desalination has been estimated to reach
90%. Saudi Arabia is among the countries facing significant challenges due to insufficient natural
water resources. This research analyses the viability of coupling the already established thermal
and membrane desalination plants in Saudi Arabia with different solar energy technologies,
concentrated solar power and photovoltaic (CSP and PV) to produce potable water and to be
economically viable as well.
The study begins by using the analytical hierarchy process to select adequate desalination
technologies for Spain and the GCC countries by considering the results obtained from a survey of
experts in the field for all these counties. This study found that the most suitable technologies for
Spain and the GCC countries are reverse osmosis and multi-stage flash (RO and MSF),
respectively. A techno-economic and Levelised Cost of Water (LCOW) analysis are discussed.
Case studies, including a standalone CSP assisted MED-TVC using Parabolic Trough (PT), a
Linear Fresnel Reflector (LFR), and a Central Receiver Tower (CRT) with different storage options
are analysed and discussed. Conclusions and recommendations are also presented. The application
of concentrated solar thermal energy using PT, CRT, and LFR for small scale desalination plants
that use fossil fuel is also investigated. The amount of fuel that can be saved by getting the
necessary thermal energy from solar energy is estimated. It is found that LFR technology is the
most cost-competitive, and PT technology is the best when opting for more fuel savings.
This study is based on conducting theoretical and
practical studies, considering real technical data in order to prove the possibility of integrating
various desalination and solar energy technologies in different ways. It contributes to the
understanding of low-temperature solar-thermal desalination systems performance under different
conditions, as well as PV-Solar-reverse osmosis, and contributes to the advancement of the existing
knowledge in this area, in general. La escasez de agua se ha convertido en un problema importante, en numerosos países, y
especialmente en aquellos situados en zonas semiáridas y áridas. Una de las soluciones más
prometedoras, para resolver este problema, es el uso de la energía solar para la desalinización del
agua; especialmente, en regiones donde el agua dulce es escasa y la luz solar es abundante. La
desalinización permite obtener cantidades importantes de agua dulce, pero es muy intensiva en
energía. La desalinización convencional se apoya actualmente en los combustibles fósiles. Es
fundamental explorar otras opciones que se basen en energías renovables con el objetivo, entre
otros, de reducir la contaminación. Entre estas opciones, se encuentra la energía solar.
En Oriente Medio y África del Norte (MENA), la desalinización del agua de mar, ha sido una
de las principales fuentes de agua potable. En la región del Golfo, se ha estimado, que la
desalinización, en algunos de los países del Consejo de Cooperación del Golfo (CCG), ha
alcanzado el 90%. Arabia Saudita se encuentra entre los países que se enfrentan a importantes
desafíos debido a la carencia de recursos hídricos naturales. Esta investigación analiza la viabilidad
económica para suministrar energía, a las plantas de desalinización térmica y de membrana que se
encuentran en funcionamiento en la actualidad en Arabia Saudita, utilizando diferentes tecnologías
como sería el caso de la energía termosolar (por concentración) y la energía solar fotovoltaica (CSP
and PV) para producir agua potable.
La investigación se inicia utilizando, como metodología, el proceso de jerarquía analítica para
seleccionar las tecnologías de desalinización adecuadas para España y los países del CCG a partir
de los resultados obtenidos de una encuesta que fue respondida por expertos en la materia de estos
países. Se obtuvo que las tecnologías más adecuadas, para España y los países del CCG, son la
ósmosis inversa y la Destilación Instantánea de Multietapa (RO y MSF), respectivamente. Se lleva
a cabo el análisis de viabilidad técnico-económico para obtener el coste del agua desalada,
mediante el estudio de casos, que incluyen distintas tecnologías como serían: concentradores
solares parabólicos (PT), reflector lineal de Fresnel (LFR) y una torre receptora central (CRT) con
diferentes opciones de almacenamiento y se presentan conclusiones y recomendaciones. También
se investiga la aplicación de la energía térmica solar concentrada utilizando PT, CRT y LFR para
plantas de desalinización en pequeña escala que utilizan combustibles fósiles. Se estima la cantidad de combustible que se puede ahorrar, para obtener la energía térmica necesaria, a partir de la
energía solar. Se ha comprobado que la tecnología LFR es más competitiva, en relación con los
costes, y la tecnología PT es mejor opción cuando se opta por un mayor ahorro de combustible.
Destacar que
el estudio se ha realizado, a partir de datos reales y que tenía como objetivo analizar la posibilidad
de integrar diversas tecnologías de desalinización y de energía solar.
El autor considera que la tesis contribuye a la comprensión del rendimiento de los sistemas de
desalinización térmica solar de baja temperatura en diferentes condiciones, así como de la ósmosis
inversa solar fotovoltaica, así como al avance de los conocimientos existentes en esta área en
general.