Смотрел намедни ролик о строительстве водозабора на реке Бельбек. Шикарнейшая природа, но сколько техники, ресурсов материальных и человеческих вкладывается в базовую ценность - чистую питьевую воду, просто ошеломляет. Хотя, казалось бы, Крым окружен водой со всех сторон, но дефицит именно пресной колоссальный. Вот и подумалось, а можно ли добыть пресную воду из морской и во сколько это выльется в деньгах и энергии. Результаты выношу на обсуждение в виде заметки.
Итак, схема природоподобная – влагу испаряем с поверхности моря, а затем при конденсации получаем пресную воду(рис.1).
Для этого подходящую бухту необходимо перегородить дамбой высотой большей, чем могут быть волны в этой местности, иначе первый же шторм разрушит конструкцию. При строительстве необходимо заложить в плотину перепускные трубы, служащие для компенсации уменьшения уровня воды в бухте – благодаря им уровни воды по обе стороны дамбы будут всегда примерно одинаковы по принципу сообщающихся сосудов.
Далее на поплавки (в самом простом случае – пустые пластиковые 5л бутылки) закрепляется крыша из поликарбоната. Воздушный промежуток между водой и крышей 10-20см. Боковые стенки должны быть утоплены ниже уровня воды (рис.2).
В результате получится труба малой высоты и большой площади. Две наиболее удаленные друг от друга стороны остаются открытыми: на стороне, обращенной к воде будет происходить забор воздуха, а на противоположной необходимо установить вытяжной вентилятор. Воздух, забираясь с поверхности моря, будет насыщаться влагой до состояния насыщенного пара (100% влажности), проходя под крышей, а затем сбрасывать излишек влаги на конденсаторе при охлаждении и использоваться на хозпитьевые цели. Для создания холодного контура можно использовать следующий факт ( https://seacool.ru/i2/blackseasostav.png): в Черном море на глубине ниже 50 м температура воды около 8ºС. Т.е, установив там теплообменник и создав замкнутый контур для циркуляции теплоносителя, можно в конденсаторе иметь разницу температур.
Теперь о числах и ценах. Интенсивность испарения зависит от следующих факторов:
- Площадь. Чем она больше, тем большее количество молекул жидкости может перейти в атмосферу в единицу времени. Возьмем в качестве базового вариант с площадью, закрытой поликарбонатом, равной 1га (100*100м или 10000 м2).
- Температура. Аналогично - чем выше, тем интенсивней процесс. На вышеуказанную территорию (http://v.900igr.net:10/datas/fizika/Teplovoe-izluchenie-tel/0032-032-Ploschad-panelej-solnechnoj-batarei.jpg) попадает 1,6*103 Вт * 10000 м2 или 16 МВт. Именно эта энергия будет создавать в «теплице» повышенную температуру (примем ее 50ºС) на фоне окружающей около 20ºС. Я в курсе, что реальное значение меньше, и для каждой местности свое. Тогда закрыть можно больше, например, 1,5 га и считать его как 1 га. На дальнейшие расчеты это не влияет.
- Скорость движения приповерхностного слоя. Также чем быстрее, тем большее количество молекул, «ушедших» из воды, не сможет вернуться обратно и останется в газообразном состоянии. В предлагаемой конструкции малая толщина приповерхностного слоя воздуха для интенсивного движения воздуха при искусственном побуждении создаст условия для максимального насыщения влагой.
Удельная теплота испарения воды (http://images.myshared.ru/17/1031152/slide_20.jpg) составляет 2 300 000 Дж/кг, поэтому тепловой поток 16МВт сможет испарить 16/2,3=6,957 кг/с или 25,043 т/ч воды. Насыщенный пар при 50ºС может содержать (https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/Humidity/MaximumMoistureContentAir/) 82,257 г/м3 влаги, а при 8 ºС – 8,234 г/м3. Вот эта разница (74,023 г/м3) и конденсируется. Для мощности 16МВт нужно прогнать 6,957*1000/74,023=93,978 м3/с или 338 320,228 м3/ч минимум.
Теперь подсчитаем количество теплоты на нагрев продуваемого воздуха. 93,978 кг/с * 1000 Дж/кг*град*1,2 кг*20 ºС (примем t окружающей среды=30 ºС, следовательно 50-30=20 ºС - разница температур)= 2 302 457,109 Вт. Эту мощность из начального потока отберет необходимость подогрева воздуха. Это уменьшит количество испаряемой влаги на 2 302 457,109Вт / 2300000 Дж/кг =1,001 кг/с и будет испаряться 6,957 кг/с-1,001 кг/с = 5,955 кг/с или 21,440 м3/ч.
Давайте посчитаем цену этой воды. Основные затраты – на э/э, потребляемую дымососом. Возьмем заводской (http://vensnab.ru/e_mag/view_good/2914) дымосос центробежный ГД-20-500у производительность 200000 м3/ч, мощность приводного электродвигателя 400 кВт. Таким образом для перекачки 338 320,228 м3/ч нам необходима работа 1,692 таких дымососов, потребляющих 400*1,692=676,6405 кВт*ч. При цене (https://energo-24.ru/news/13438.html) 3,04 руб / кВт*ч на электричество будет потрачено 3,04*676,6405=2 056,987 руб. Но необходимо добавить стоимость э/э для циркуляционного насоса, обеспечивающего циркуляцию охлаждающей воды между конденсатором и теплообменником. Перепад температуры примем 5 ºС. При теплоемкости воды 4200 Дж/кг*град и мощности потока 16МВт получаем расход будет 16МВт/(4200*5)= 761,905 кг/с или 2 742,857 т/ч. Согласно https://www.maxplant.ru/article/pump_efficiency.php при напоре 2 кг мощность насоса составит 1000*9,81*0,761*2= 14 948,571 Вт. К вышеуказанной цене добавиться 45,44366 руб за электричество. Суммарно 2 133,860 руб.
Согласно https://plusfinance.ru/tarify-i-tseny/tarify-na-vodu-v-rossii.html 1м3 стандартной водопроводной воды стоит 40 руб или за 21,440 м3 - 857,585 руб. Разница в 2,488218 раза. Вроде бы много, НО:
- Если стоит выбор вода в 2,5 раза дороже, или ее отсутствие, то я выберу первое.
- Сравнивая сельскую местность, где почти у всех канализация местная(септики) с городской, с центральной канализацией, можно сказать, что в последнем случае к цене воды нужно приплюсовать 30 коп/куб на водоотведение, что уже снижает разницу, если полученную предложенным способом воду отправлять в близлежащие села/мелкие городки.
- В расчете я взял стандартный дымосос, используемый на ТЭС, поэтому и мощность весьма приличная на перегонку воздуха получилась-там нужны большие перепады давления между всасом и выхлопом. Если воспользоваться онлайн калькулятором (https://vladimirus-team.blogspot.com/2020/04/Raschet-moshhnosti-jelektrodvigatelja-ventiljatora.html) , то перекачка такого же количества воздуха, но при перепаде 1000Па потребует всего 142 кВт мощности. Может кто из аэродинамиков/вентиляционщиков будет читать статью, подскажите насколько это возможно. Если это так, то цену можно еще снизить значительно.
- Приведена цена на электричество для населения, если же будет продаваться не э/э напрямую, а вода, произведенная из этого электричества, то и расценки на э/э могут быть оптовыми, что тоже уменьшит себестоимость воды.
Да, по условиям работы тут идеально вписались бы солнечные панели (к ним достаточно инвертора, работающего в широком диапазоне входных напряжений в дополнение к асинхронному электродвигателю, ну или использовать вентильный привод), но я не уверен, что по цене установленного/сгенерированного киловатта они смогут составить конкуренцию традиционному электричеству. Если кто в теме – просветите.
Как следует из описания работы установки, для испарения воды используется теплота солнечного излучения. Но недостаток такого принципа в том, что днем цена э/э высока и создается дополнительная нагрузка на итак работающую в околопредельных режимах в часы пик, электроинфраструктуру. Поэтому, если устроить подобную систему в бухте около ТЭС, то можно ее несколько модернизировать (рис.3).
А именно, несколько ниже уровня воды в «теплице» проложить трубы от циркуляционного контура (между конденсатором и градирнями) и увеличить до 50 ºС температуру на выходе из турбины. Таким образом в любое время суток температура приповерхностного слоя будет не ниже 50 ºС и для испарения будет задействовано сбросное тепло, которое раньше рассеивалось через градирни в окружающую среду бесполезно. Естественно, повышение температуры на выходе турбины несколько снизит ее КПД (в норме там около 30 ºС), но наличие дополнительного товара в виде пресной воды с лихвой это компенсирует в деньгах.
Если в бухте для биосферы повышение солености будет нежелательным, то можно дополнительно поставить насос с трубопроводом (оранжевый на рис. 1) для ее выравнивания за счет закачки бОльшего количества воды, чем объем испаряемой. Мощность там небольшая, поэтому в расчете не учитывалась.
В условиях недостатка питьевой пресной воды, наверное, имеет смысл протянуть водопровод технической воды (наподобие дачных кооперативов) по полуострову. Для этого необходимо реконструировать очистные сооружения и перенаправить очищенную воду из моря в этот водопровод. Использование в сельском хозяйстве технической воды позволит снизить расход питьевой.
Не могу не вспомнить Сталинский план преобразования природы в схожих климатических условиях. Использование технической воды может понадобиться на первом этапе, а когда лесополосы создадут плотные заросли, затем там образуется свой устойчивый микроклимат и необходимость в поливах исчезнет.
Ну и, напоследок, есть опыт земледелия Овсинского, который в начале ХХ века получал весьма приличные урожаи без искусственных удобрений в условиях засушливого Поволжья, когда у соседей все выгорало. Там у него используется принцип, что непаханая глубже 5 см целина - это биосистема в которой интенсивно и непрерывно происходят процессы нитрификации (связывания атмосферного азота), разложения органики (подпитка растущих растений СО2), растворения минералов в ризосфере - корневой зоне и атмосферной ирригации – образования конденсата воды в канальцах, оставшихся от перегнивших корней. Подробнее можно почитать, например, у Курдюмова. Наверное, все же имеет смысл восстановить утраченные технологии вместо традиционной глубокой вспашки.
Применив все перечисленное в совокупности, думается мне, можно достичь цели, вынесенной в название.
Задача непраздная и важная, но экономика конкретного подхода - спорная.
Для обсуждения.
Комментарии
не понравится -буду знать в чем ошибка на будущее. Книгу начал читать
Мощность вентилятора вам нужна нулевая.
Рекомендую понять как работает АБХМ, почему по стеклам на кухне течет вода и по холодным трубам в ванной.
А книга вот:
Там вам парень один еще кой чего умного советовал: Разомкнуть контур охлаждения, брать с моря холодную воду и после теплообменника лить в бассейн уже тепленькую. Но вы его не поняли, потому что он грамотный, а вы думаете, что все вокруг дураки. Ну думайте.
можно поподробнее?
Встречный теплообменник, рекуперация. Воздух охлаждается водой, вода нагревается от воздуха. Так вот эту нагретую воду сливать неоьходимо, ессно, в испаритель на периферию (в наиболее холодную его зону).
Вообще, Вам бы реально про MDF почитать. То, что Вы изобретаете, только как бы по уму и по науке, без колхоза. :) подвод тепла можно и от солнца, термодинамику это не меняет. Только экономику.
так вместо испарителя Черное море для охлаждения
?
Юноша. Вам несколько человек, явно не понаслышке знакомых с теплообменом, сказали пару умных вещей.
Вы:
1) Не поняли о чем речь
2) Не верите, это понятно, коль не понимаете, то и не воспринимаете.
Ну вот сами подумайте долго вам будут пытаться помогать? Вы же упираетесь как в последний путь!
1) Теплую воду, после конденсатора, надо лить в бассейн, а не в море, чтобы уменьшить потери на нагрев воды в бассейне. Чем холодней вода, тем ниже парциальное давление на разделе сред, тем ниже испарение. С холодного водоема ничего не испарится, в холодный водоем пар будет выпадать конденсатом. Солнце сначала нагреет воду, потом чего то испарит. "Потом" наступит, когда температура поверхности водоема заметно превысит температуру поверхности теплообменника. В противном случае теплообменник будет сухим. Андестенд?
2) Вентилятор не нужен, в противном случае, львиная доля тепла в теплоноситель будет поступать не от конденсата, а от воздуха. При этом производительность по воде станет близкой к нулю. Я вам это писал два раза. У вас даже времени подумать нет. Лично я вам пишу последний раз. Не задумаетесь - смысла не будет. Мешок сахара за ночь выпивает ведро воды. Стекло на кухне плачет, когда ваша мама варит боршч, без вентиляторов. Водяному пару для диффузии вентилятор не нужен, нужна разница температур на испарителе и в конденсаторе.
3) Я вам еще интересную историю могу поведать, при определенной солености (высокой) горячий рассол будет тянуть в себя воду с холодного теплообменника, с воздуха, из земли. Парциальному давлению начнет противодействовать осмотическое. Это про Сиваш если че.
4) Стенка теплообменника должна быть тонкой. Пластиковая труба вам такое тепловое сопротивление даст, что конденсат будет капать хуже, чем у деда с застарелым простатитом. Металл, причем тонкий.
Ну, успехов в труде!
после конденсатора какаяж она теплая? на входе в конденсатор принята 8С, перепад принят за 5С итого 13. Температура верхнего слоя моря около 23. Какую воду выгодней испарять?
в статье специально сделан акцент на количестве теплоты для подогрева воздуха-она несущественна, ввиду малой теплоемкости воздуха
я разве про что-то другое писАл?
звыняюсь а где вы июне собрались воду в 8 градусов цельсия брать?
http://smutc.ru/rosatom/dvakontura25.html
Только у Вас одна стадия. Это термодинамически невыгодно: очень уж энтропийно так сразу профукивать тепло конденсации.
Годный срач. Ахтунг - пахнет трольчатиной! Автор, нет ли в обсуждении упырей? Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за день.
Думаю для всего Крыма гораздо проще выйдет просто привести в порядок существующие водохранилища, и убитые дренажные системы и системы подачи. Опять же наверняка возможно менять микроклимат с помощью посадок деревьев и кустарников на оголенных участках земли. А если придумать сажать плодовые и ягодные культуры то профит будет. В Крыму воды много, просто она бесполезно утекает в море. Проблему же степных районов вообще решить трудно, или радикально менять там суть сельского хозяйства или искать где то очень приличные объёмы воды, опреснители такого не дадут наверняка, да и золотая продукция выйдет.
я привел цены. Укажите что не так. Где ограничение на количество застекленных гектаров морской воды?
Если я правильно понял то ваша вода будет примерно в 2.5 раза дороже обычной из водопровода? А теперь применение. Сейчас на сколько я знаю проблемы с водой это: Севастополь, но там скоро запустят Бельбекский водозабор, да и если отремонтировать сети большая часть проблем пропадёт и степные районы где сельское хозяйство опрашивалось на воду из северо-крымского канала ныне перекрытого. В 2013 году в Крым по каналу было поставлено 1553,78 млн м³. Сколько ваших опреснителей нужно чтобы закрыть такие объёмы и сколько эта вода будет стоить?
прочитайте пункты после слова "НО" про разницу в стоимости. Опреснителей поставить в зависимости от потребностей. Скорее всего если получить так дополнительно воду, оросить виноградные плантации, а потом продать урожай, то выгода будет.
Ещё раз, потребность в 2013 была 1553,78 млн м³. Сейчас думаю раза в два меньше за счёт отказа от выращивания водолюбивых культур. Считайте сколько надо денег и площадей на вашу задумку.
Да забыл сказать виноград абы где не растёт. Степи это традиционные культуры зерно, картофель и т д. большой прибыли там не будет.
И опять таки возращаемся к Израилю....Именно стратегигию добычи подземныз вод они имповедовали лет 30 пока не наступила многолетняя засуха и уровень подземных вод упал до критических значению (полагаю и соленность начала вслед рпасти)...и тогда израиль начал заниматься обратным осмосом...Тот же сценармй грозит и крыму с Белекским вобозабором - без опречнителей не обойтись (Если сельское хозяйство развивать ... втехнлогии сбора продезных горныхь вод как0то не сильно верю, ьто янее в длительную устойчивость) ...Дешевая рыбка- поганая юшка
Одно дело если вы не имеете источников из которых можете воду брать. И совсем другое если вы эту воду по каким то причинам игнорируете и распоряжаетесь тем что у вас есть в наличии по дурному бесхозяйственно. В Крыму воды много даже на поверхности, Израилю такое богатство даже не снилось. Вопрос стоит в том чтобы воду собрать, сохранить, направить в нужное место и использовать с максимальной пользой.
я как бы это уже сказал другму человеку - рачительно использовать имеющееся в приоритете... только вот к меня вопрос отнсительно водозабора - не высосет ли он всю водуто что рассказывают про 2 миллиарда кубов кондесата .... так то оно так , да только размазано это по 2000 км2
Реки Крыма сбрасывают пресную воду в Чёрное море, при том что этой самой воды не хватает. Понятное дело дело, что высасывать воду в верхней части реки полностью и оставлять дальше сухое русло это тоже дичь. Работать надо, считать, как что, сколько, чтобы и дело сделать и не навредить природе и через неё себе же. Тот же Бельбекский водозабор который планируют открыть в марте реку Бельбек не осушит даже в самые засушливые годы, а Севастополю существенный объём воды. Так в принципе работать и надо.
Ещё по моему мнению очень перспективная, хотя и недооценённая, тема очистки и использования сточных вод в хозяйственных целях. Здорово позволяет экономить воду. Тот же Израиль это очень активно использует.
Этим сейчас и занимаются.
Так по другому и не получится. Все эти "альтернативные" методы приемлемы только если традиционные невозможны, всё остальное от лукавого.
Согласна. С\х в Крыму было до перекрытия Северокрымского канала (название об этом говорит : для водоснабжения севера Крыма). Опреснение - игрушка для освоения денег , не больше. Скважины - временная мера , которая уже привела к засолению (слишком уж качали). Водовод из Кубани тоже не панацея : там уже третий год засуха и обмеление рек и водохранилищ. Вырубка деревьев при строительстве "Тавриды" и обезлесивание прибрежных участков под застройку конденсированию влаги не способствует. К нам тут в прошлом году столичный самолёт "шаманский" для вызова дождя прислали , так он всего два вылета сделал : сказали , чтобы осадки вызвать , неплохо бы иметь хоть какую-то облачность , а просто так полетать над Крымом можно и на вертолёте - обратно улетел , не прижился.
К списку неучтенного добавлю еще одно. Бухта при выпаривании быстро превратится в мертвое вонючее соляное болото. Что с ним делать будете?
А вообще отбить Херсон куда дешевле и надежнее. Даже с учетом санкций. А в 14-м можно было и практически бесплатно.
Статью не осилили. Оранжевым на рис.1 выделены насос и трубопровод для выравнивания солености с морем.
Оч хорошо. А что будет с этим куском моря через энсколько лет? Думаете рассосется? ;-)
Вы о чем?
Соленость будет накапливаться либо очень быстро в бухте - до состояния вонючего солевого болота, либо медленнее, но увереннее в море - с экологической катастрофой. А по экологии Черное море и так, мягко говоря, не очень благополучно, начиная с того, что ниже 100 м (некоторые говорят и 30-50 м) уже ничего не живет.
посмотрите на рис.1 оранжевым выделено
Я вижу. Но не пойму куда Вы будете девать излишек соли, получаемый при выпаривании - копить в бухте (болото), тупо сбрасывать в море (убивая его) или вывозить в океан (куда?).
Соленость ЧМ - 18 гр соли на литр, т.е. 1,8 кг сухой соли с куба полученной пресной воды. Вот и считайте выхлоп, при промышленных масштабах его немало.
на рис.1 обозначено оранжевым-насос с трубопроводом. Достаточно произоводительности бОльшей, чем испаряется воды и соленость сравняется с основным морем
Если Ваш насос качает только из моря в бухту - в бухте соль будет накапливаться со страшной силой. Если будете качать и обратно в море для восстановления солености в бухте - через несколько лет в море в районе бухты, а потом и дальше не будет ничего живого.
в море же не накапливается. Система баланс испарения не нарушает, просто вода испаряется не в окружающий воздух и проливается дождями где-то там, а целенаправленно в водопровод. Количество воды тоже самое.
В природе все уравновешено. Вы же пытаетесь снять куда большее количество воды с единицы площади - и солевых остатков у Вас будет больше.
Давайте проще. Ничто ведь из ниоткуда не берется и в никуда не девается, так? Берем пресную воду - значит остается соль. Вот и считаем:
ЖКХ Крыма (орошение и пр. не берем) потребляет 125 млн кубов воды в год. Если всю ее брать с опреснителей - это 225 000 тонн соли, что опреснители выкинут в море. Масштабы понимаем?
Кстати говоря, по поводу обычных опреснителей обрывки дискуссий на тему "а куда девать соль" периодически в сети попадаются - но сбрасывать ее обратно в море отчего-то никто не предлагает. Вы же сброс просто маскируете "перепускными трубами для восстановлением солености" - что сути процесса не меняет.
А если соль из бухты просто сушить и продавать? Вещь-то дорогая.
Боюсь золотой выйдет. Кроме того в воде ЧМ не полезного очень много. В папуасиях с дармовой рабочей силой и чистым океаном всяко проще.
Попробовал найти что делает с солью Израиль, где опресняют в полный рост, - но по-быстрому пока ничего не нашел.
по быстрому отвечу в море сливают и не паряться...отдельная песня Метрвое море - там магниевый завод построили - не без помощи бывших советских инженеров
нахрен никому эта соль не уперлась
Да ну?
То то в СССР идиоты жили.
Про Кара Богаз Гол почитайте. И как его промышленно эксплуатировали.
Занятость создавали...Нахрен никому не уперся сульфат магния котроый там производили... а соли в артемовске на 300 лет добычи...а кроме того есть баскунчак илецк.ю в беларуссии соль начали бобыватьь... чеого чего а соли - у нас - на дне бывшего пермского мороя дохренища , что бы еще за три девять земель выпаривать и тоаскать соль из крыма как чумаки 16 века
океан огромен ичерное море тоже 200 млн м3 - это капля в море ... объем черного моря в миллион раз больше,
с кважратног метра воды в год исппаряется 1,2 метра воды в условиях цимляеского водохранилища, не думаю что в крыму силно больше, если глубина бухты будет ну зотя бы 20 иетров - то испарится она за 15 лет, это не считая подпитки с моря... по факту установится течение аки в черноморских проливах...сверху будет поступать более пресная морская вода, снизу уходить коныентрат
жто если бухту в какра-богаз гол превратить.. а если не превращать , то нисего не будет
Чиновники говорят, просто дюкер метров на двести вывести в море, божатся что рассол на глубине "растворится без последствий" (видимо , путают Чёрное море с Марианской впадиной). Ну им то чего : пересидят четыре года и уедут в свои материковые пенаты (а то и в столицу на повышение), а нам тут этот рассол расхлёбывать потом.
Зачем такие сложности? Воздух в Крыму и так не сухой, а охлаждать воду можно закопав теплообменник в землю. Вот только воды будет мало в обоих схемах.
"Не сухой" - в числах, пожалуйста. В землю не получится - там теплопроводность ну очень низкая - нагреется и перестанет конденсировать
Сухой-сухой! Дорогущий самолёт для осадков не помог - нечего было осаждать ( полное отсутствие облачности).
Я всегда говорил, что, вместо моста надо дамбу с проходами строить. Азов и так-то полупресный, за десяток-другой лет полностью опреснел бы, если отделить его от солёной черноморской воды. Наполняй канал, и все дела. Но высшее руководство, к сожалению, решило иначе...
Интересная идея
С Сахалином та же история - дамба позволит провести и автодорогу (мост или тоннель только Ж/Д). Но строить на северном краю пролива Невельского, чтобы грязный Амур (китайцы ТБМ) стекал в Японское море, а не во внутреннее Охотское.
На дамбе и украсть можно поболее - подрядчик (условный Роттенберг) должен быть заинтересован )
В Казахстане в 32м допахались поверхностной вспашкой до голода.
Страницы