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
и я про тоже
Крым, это ощетинившийся ракетами непотопляемый авианосец.
Надо создать команде нормальные условия, да и ладно...
А отдыхать где, если полыхнет по миру?
В окопе, в промежутке между боями.
Неплохо бы для начала застройку коммерческую запретить ,а то человейники скоро все виноградники с полуострова выселят.
Запретите. Зачем лишний мусор на палубе?
Вот такая "бутылка" из пленки добывает в пустыне 100 литров воды из воздуха. Зачем изобретать велосипед?
Это где такая пустыня, вся зелёная?
в час/сутки/год?
В сутки
100 литров - это моща...вижу отрау овец...на нее может и хватит , а вот на зеленую лужайку в округе (если это не фотошоп) не потянет
Суточные перепады температур в пустыне представляете? Что-то не видела в Крыму августовской ночью людей в зимних куртках. В Крыму , пардон, хорошо при полной луне голышом на пляже резвится, а не в овчине при костре греться. Откуда конденсату столько взяться?
Сколько воды смогу получить с каменной пирамиды?
Строить надо так, чтобы:
- место было хорошо продуваемым;
- с солнечной стороны "пирамиду" должны закрывать деревья, но не лес (можно забор повыше, щелястый, на четыре жерди);
- камни были навалены "карманами"
- площадь в срезе не менее 10 кв.м.
- в основе должна быть цельная скала или бетонная площадка для сбора воды.
Посчитаем, что сможем получить от этой конструкции на Урале.
Средняя влажность летом 60%, но это с дождиками, какими-никакими. За суховей принято считать влажность менее 50%.
По таблице выбираю температуру 30°С - для Урала хватит.
Средняя скорость ветра - 3 м/с
Площадь конструкции - 10 кв.м.
Умножаем: 3*10=30 куб.м/с
При влажности 40% имеем 12 грамм воды на кубометр. При этом точка росы находится при 14°С, из чего следует, что устройство должно быть поближе к земле и совсем не напоминать нам пирамиду.
К реальности приблизимся тем, что примем за забор из воздуха только 20% содержащейся в нем влаги.
30 куб.м/с *0,012л/куб.м.*0,2=0,072л/с
0,072л/с*3600с=259л/час
250 литров в час в засуху - это я думаю совсем неплохо. Даже если я и просчитался с отбором влаги из воздуха, то скинем еще две трети и получим 80 литров воды в час. Помножив на 10 часов ветродуя, поимеем почти куб "самодельной" воды в сутки!
При более сильном ветре воды будет ещё больше.
Отсель.
принцип похож, но у камней сравнительная малая теплоемкость-по мере их нагрева выход воды будет падать
В этом расчёте перепад температур 16 градусов это очень много даже для земляного коллектора, это первое.
Второе, влагосодержание при 14 градусах (и 100% влаж) не написано, а оно 10 г/кг, при 30 градусах (40% влаж) 11 г/кг
30 (м.куб./с) * 1,2 (кг/м.куб) * (11-10) г/кг = 36г/c , а это как бы, вдвое меньше
Посчитал по I-d диаграмме.
Даже и так неплохо.
Но в запасе, если говорить об Урале, почти вдвое большая влажность и, раза в 2,5, большая площадь поверхности конденсации (в расчётах я её принял по минимуму, т.е. в вертикальном сечении, тогда как площади считать следует и в направлении глубины "пирамиды".
Средняя влажность в Крыму не так высока, как на Урале, но, тем не менее, выше, относительно посчитанной, на 30%. Плюс та же, реально большая, площадь конденсации.
Если точнее рассматривать физику процесса, то влажность воздуха изменяется в течении суток вместе с температурой, при небольшом изменении влагосодержания. То есть, наибольшая влажность при наименьшей температуре - рано утром, когда всё остыло. Днём когда 30 градусов - влажность низкая... В Крыму, как раз высокая влажность, особенно зимой, но и летом влажность высокая. Напомню влажность надо рассматривать вместе с температурой, условно говоря влагосодержание в Крыму выше чем на Урале. Но это не точно, смотря где и когда.
Очень проблематичный способ добыть пресную воду. Про потребную площадь писать не буду, но опыт "зелёной" энергетики в этом смысле настораживает.
Но главное не в этом. "Рабочие площади" расположены у побережья, а снабжать водой надо весь Крым. На Южном берегу качать надо в гору, а в Степном Крыму -качать далеко. Смутно подозреваю, что весь такой комплекс обойдётся на порядок дороже, чем комбинация "канал-водовод" с северокавказских рек.
И ещё. Попадалась информация, что морская опреснённая вода «не айс» как для коммуникаций, так и для человеского организма. Здесь я предоставляю слово тем, кто «в теме».
в квартирных фильтрах после обратного осмоса ставят минерализаторы. Для питья это недорого-объемы не те, а постирать и т.д. можно и дистиллятом
да, придется строить водоводы, но это и сейчас делают, когда из скважин добывают-они тоже не везде есть
Для начала определимся : опреснители - дело частного инвестирования в небольших масштабах. Например, какую-нибудь гостиницу запитать (уже есть пару частных отельчиков таких, по-моему в Коктебеле). Для с\х? Не смешите, это Нью-Васюки. Краснодар рядом, овощифрукты - там же, мост вам в помощь. Даже чиновники говорят , что опреснение - мера нескорая и весьма локальная. Экстренный водовод из Тамани военные проложили практически сразу после перекрытия Северокрымского канала (объёмы, сами понимаете, не промышленные). На Кубани тоже дефицит воды, поэтому эта мера тоже не решит проблему кардинально. Скважины бурили , воду выкачали - теперь в колодцах селян солёная вода (природа не терпит пустоты). Что делать? Комплексные меры. Допводохранилища , допводозаборы на время паводка, замена изношенных сетей. Для с\х - капельное орошение, непритязательные культуры. И прекратить наконец-то при застройке заготовление древесины в таёжных масштабах : в Крыму каждое дерево на счету, практически вся зелень здесь - искусственного происхождения (старожилы вам раскажут). Самый действенный способ - завозить снег в горы, для подпитки крымских рек и наполнения водохранилищ. Нет? То-то. Не надо переворачивать земной шар. За засухой всегда следует полноводье.
Надо было в 14-м прихватить кусочек Херсонской области, а вернуть в обмен на контракт по водоснабжению на 49 лет. Или не возвращать. Вообще.
Вопрос.
Зачем воздух туда сюда гонять?
Нельзя завести трубы с холодной водой сразу под теплицу засунуть?
Под них лотки, по которым конденсат будет стекать до отверстий, а там уже насосы будут его отсасывать в накопительный бак. Или даже лотки сами будут частью трубы, по которой течет холодная вода.
Можно избавится от мощного воздушного насоса.
производительность сильно упадет, хотя энергоэффективность вырастет, конечно
Почему упадет? Можно сделать лоток в виде ребристого теплообенника. Поставить вдоль слабые вентиляторы, для перемешивания воздуха. Или даже вентиляторами загонять воздух внутрь решетчатого теплообменника. Решений много. Возмодно эффективность не так уж понизится.
Сложнее придумать, что делать с солью и отложениями, которые будут откладыватся в трубах. Внутри труб с холодной морской водой. Или дистиллированную гонять по кругу?
вот именно. вентилятор для этого и служит. в естественных условиях за счет конвекции очень вяло процесс идет. И на 16 МВт поток нужен приличный.
Поставить на верху несколько ветряков, которые будут передавать механически усилие на вентиляторы внутри парника.
стоимость энергии от ветряков поболе, чем от сети будет
Не, это чушь.
1. Ветряк будет работать с КПД около 100%, в отличие от электроветряков.
Расходы только на трение.
2. Он будет очень простой и дешевый.
3. Самое главное, в таком виде проект будет "зеленым" - использование энергии ветра и солнца в одном флаконе. Если он будет окупаем, то он везде встретит поддрержку. Не только в России. Но и по всему миру.
а киум будет такой же как у электроветряков...кстати у электроветрякоов КПД электрической части очень высок - под 90%, ибоопределяется кпд современной силовой электроники и трасформаторов... а вот Киум определяется статичстическими характеристиками ветров в данной местности... и шо то мине подсказывает если собрались ветряки ставить, то их легче поставить на рпроизводство электроэнергии, а воду получать оььратным осмосом произведенной из этой энергии (с учетом необходимого резервирования для непрывного питания)
Если интересно, нашел академическую работу по использованию солнца и ветра для опреснения, с разбором всех способов.
Еще дно должно быть черным и толщина воды небольшой.
Еще надо решить, что делать с солью. На дне можно постелить черный транспортер. типа ленточного и протягивать его на берег. Там соль будет высыхать. Дальше ее можно соскребать с транспортера и складировать.
Если не ошибаюсь морская соль стоит прилично.
согласен
эт да-либо мы выравниваем соленость до морской, либо добываем соль попутно, отсюда разные подходы
Если соль будет добываться попутно, это улучшит экономику, а следовательно и эффективность процесса.
однозначно.
конечно прилично...пока есть свобные уши котроым можно напеть необычайную полезность ванн из мопской , сделанной в мытишинском подвале
В Крыму достаточно воды для 2-х максимум 2.5 млн жителей. Это естесственный природный предел-ограничение\отсечка по заселению Крыма..
Зачем вода в Крыму такими методами? Что бы заселить Крым 5-ю млн граждан? А значит надо создать еще рабочих мест и заводов и пошло поехало - уплотнение , засорение, засирание Крыма.. Превратим Крым в Москву и будем жить на головах у друг-друга здесь? (я сам живу в Севастополе)
Накрыли море, а про цветение при повышение температуры под вы не забыли? А про флору рыбную? А про шторма и ветра? А про чаек, крачек, уток и прочую живность которой питается у берегов в бухтах (Омега, Казачка, Рыбацкая и прочие - все насыщены водоплавающими птицами) тоже забыли?
вот фото сегодня , супруга кормит проглотов ))
Давно решенная задача с водой - это опреснение морской воды
Только остается слишком минерализованный отход - о нем и спорят все... куда девать пересолленный концентрат - в местах его спуска дохнет флора..
Так установка рассчитана на работу в курортный сезон, когда людей становится под 10 млн.
И обратный осмос вещь хорошая, но только дорогая, в плане энергозатрат и фильтров.
Дружище, дельта Т 5 градусов очень мало. От этой самой дельты зависит масса теплообменника - при бесконечно малой дельте она (масса) будет бесконечной, пущай этот самый теплообменник будет выполнен из тончайшего серебра.
В древнем номере "Техника - Молодёжи" был проект: добыча из Чёрного моря сероводорода, сера идёт на пром. нужды, водород сжигается - тепло и вода. Возможно дешевле вашего выйдет.
ТУТ посмотрите.
Есть уже реализованные проекты.
ТУТ еще
Схема
Былинный срач! Распечатки обсуждения разосланы по Госдепу США и внимательно изучаются. Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за неделю.
http://www.cleandex.ru/articles/2015/08/15/seawater_desilination_market
Аполитично мыслите, товарищ. Главное в этом деле - освоение бюджетных средств плюс задействование как можно больше рабочих ( борьба с безработицей, увеличение доли малого и среднего бизнеса в проекте и прочая благоглупость). Посмотрите под этим ракурсом.
Страницы