Optimizing Hybrid Renewable Energy System with Different Storage Options for Reverse Osmosis Desalination. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Azeez Qudah Thesis_Final.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only until 11 July 2025. Download (10MB)

Arabic Abstract

إن الوصول إلى المياه النظيفة، وهو حق أساسي من حقوق الإنسان، يعوقه ارتفاع تكاليف التشغيل لأنظمة تحلية المياه بالتناضح العكسي. تركز أطروحة الماجستير هذه على تحسين أنظمة التناضح العكسي المتكاملة مع مصادر الطاقة المتجددة، وخاصة أنظمة الرياح والطاقة الكهروضوئية باستخدام خوارزمية التطور التفاضلي. يتم استكشاف ثلاث طرق تخزين مميزة - أنظمة البطاريات، وتخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ، وتخزين خزان المياه - لتعزيز الجدوى الاقتصادية والاستدامة لعمليات التناضح العكسي. يتم استخدام الطاقة الفائضة من النظام المحسن في سيناريوهين: أولاً، يتم بيعها مرة أخرى إلى الشبكة، مما يساهم في تقليل تكاليف إنتاج المياه؛ ثانيًا، يتم استخدامها لتحلية المياه الإضافية، وبالتالي زيادة سعة واستقرار وحدة التناضح العكسي مع خفض تكلفة إنتاج المياه في نفس الوقت. تظهر النتائج أن البديل الأكثر فعالية من حيث التكلفة، أنظمة تحلية المياه بالتناضح العكسي مع تخزين خزان المياه، لديه أدنى تكلفة مياه مستوية (LWC) عند 1.29 دولارًا أمريكيًا / م 3 لحالة الطلب المتغير على المياه. إن الطاقة الزائدة التي ينتجها النظام تعمل على تحسين كفاءة تحلية المياه وتضيف إلى إمدادات الشبكة. ووفقًا للبحوث الاقتصادية، فإن توسيع قدرة تحلية المياه قد يقلل استراتيجيًا من تكلفة المياه المستوية (LWC) بنسبة 26.35٪، في حين يمكن إعادة بيع الطاقة الزائدة لتقليل تكلفة المياه المستوية بنسبة 6.2٪. علاوة على ذلك، تستكشف الدراسة تأثير سعة التناضح العكسي المتغيرة على تكلفة المياه المستوية، مما يلقي الضوء على قابلية التوسع وكفاءة النظام الهجين المقترح.

English Abstract

Access to clean water, a fundamental human right, is hindered by the high operational costs of reverse osmosis (RO) desalination systems. This M.S.C thesis focuses on optimizing RO systems integrated with renewable energy sources (RES), specifically wind and photovoltaic (PV) systems using the Differential Evolution (DE) algorithm. Three distinct storage methods—battery systems, pumped storage Hydro (PSH), and water tank storage—are explored to enhance the economic viability and sustainability of RO operations. Surplus energy (SE) from the optimized system is utilized in two scenarios: firstly, it is either sold back to the grid, contributing to the reduction of water production costs; secondly, it is employed to desalinate additional water, thereby increasing the capacity and stability of the RO unit while concurrently lowering the cost of water production. The results show that the most cost-effective alternative, HRES with water tank storage, has the lowest levelized water cost (LWC) at 1.29 $/m3 for a variable water demand case. The excess energy produced by the system improves desalination efficiency and adds to the grid's supply. According to economic research, desalination capacity expansion may strategically reduce Levelized Water Cost (LWC) by 26.35%, while excess energy can be resold to reduce LWC by 6.2%. Furthermore, the study explores the impact of varying RO capacity on LWC, shedding light on the scalability and efficiency of the proposed hybrid system.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	AlMerbati, Abdulrahman
Committee Members:	Mokheimer, Esmail M. A. and Alsharafi, Abdullah
Depositing User:	AZEEZ QUDAH (g202115150)
Date Deposited:	14 Jul 2024 11:06
Last Modified:	14 Jul 2024 11:06
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142994