Превратить Крым в цветущий оазис

   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:

1. 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).
2. 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.
3. 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:

1. Если стоит выбор вода в 2,5 раза дороже, или ее отсутствие, то я выберу первое.
2. 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.
3. 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.
4. 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.