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 применяют? Ну Вы батенька даете. Набейте в Гугл "Обратный осмос". Израиль с этого живет!
Про Израиль согласен. Я про Крым-водоводы на Феодосию, Керчь и тд
Да потому что тупо дорого. Очень дорого.
Опреснение - это для тех случаев, когда деваться некуда, людям пить нечего и умыться никак. А не для полива пшеницы и сохранения красивых водопадов в море.
Опреснять воду, чтоб сливать её в море - может, ОАЭ выдержит, а для экономики России дороговато.
..
И стекающие в море реки - это первое, но не единственное, что нужно исправить. Например, слив воды после очистных сооружений городов должен быть не в море, а на полив зелёных насаждений в городе и у города. Например, полив должен быть только капельный; рис - нафиг, от полива пшеницы - просто отказаться.
Воду вести по закрытым водоводам, испарение с водохранилищ - снизить всемерно.
И вот ТОЛЬКО ТОГДА, когда всё это сделано (и ещё много чего) - переходить к опреснению. Если нужно.
все расчеты в статье. Где ошибка? С остальным согласен.
Капитальные затраты неверное посчитаны: теплообменник очень дорогой, поддерживающие конструкции солнечного коллектора не учтены (а они должны быть с расчётом на ветер и снег; как теплица, всё по-взрослому). Теплоотвод в воду не учтён, теплоотвод в воздух (через стекло) не учтён, теплоотвод излучением не учтён, коэффициент поглощения по непонятной причине принят за 100%. Теплоёмкость воздуха (и "паразитный" нагрев его и охлаждение) не учтена, мощность питающих насосов теплообменника занижена, конструкции водозабора вообще проигнорированы (а они дорогостоящие для теплообменников - см. реальные водозаборники АЭС, там только фильтры и их обслуживание чего стОят). Стоимость обновления и ремонта всего этого дела вообще проигноиирована (даже каждые 10 лет весь предлагаемый поликарбонат менять - процентов 10-20 от полных капзатрат; и не от Ваших, а от реальных).
Там много чего не учтено.
Ну а почему ж, думаете, никто таких опреснителей не строит? Дорого. Просто дорого. С обратным осмосом проще: прямой забор воды в сверхкомпактную установку, пресная вода на выходе. Электроэнергии тратится, кстати, сравнимо с Вашим способом, несмотря на "как бы бесплатную" энергию солнца в Вашем случае.
кусок тонкостенного п/э шланга, свернутый в спираль?
капзатраты вообще не считались-только эксплуатационные расходы.
там есть ссылка на расчет мощности насоса-для циркуляционных она небольшая. Числа в статье есть, напишите сколько должна быть мощность, обсудим-может где-то накосячил.
водозабора для чего?
В пересчёте на ватт - да, очень.
...
Расчёты эксплуатации без капзатрат считать бессмысленно. Хотя бы потому, что установка большая и капиталоёмкая, LCOW её обязана учитывать процент, а не просто брать полную сумму овернайт.
...Вы туда воду с моря гоняете. Так вот эВы туда воду с моря гоняете. Так вот это очень непростое технически дело, если Вы хотите, чтобы установка работала и не забивалась бы микроводорослями, отложениями и какими-нить внезапно выплывшими медузами (реально, на АЭС - беда; сроки простоя уже в реакторо-годах исчисляются, и это при том, что там все меры приняты).то очень непростое технически дело, если Вы хотите, чтобы установка работала и не забивалась бы микроводорослями, отложениями и какими-нить внезапно выплывшими медузами (реально, на АЭС - беда; сроки простоя уже в реакторо-годах исчисляются, и это при том, что там все меры приняты).
Для циркуляционных - где? У вас теплообменник из пластиковых труб; его гидросопротивление в пересчёте на ватт/К велико. На 5-10% от полной тепловой мощности можете рассчитывать смело: Вы ж в свой расчёт с безумной смелостью заложили нулевой тепловой напор (считая температуру конденсации за температуру питающей воды на водозаборе). В реальном теплообменнике градусов 5-10 хотя бы должно быть разницы, чтобы теплообмен шёл, и вода в пооцессе нагревается, снижая тепловой напор (и мощность теплообмена). Повысите тепловой напор (и уйдёте от пластиковых труб к класстческим пластинчатым металлическим теплообменникам) - обойдётесь "малой кровью". Будете настаивать на малом тепловом напоре и пластиклвых теплообменниках - будуте платить за мощность на циркуляции. Мир жесток.
...
Понял про пресную воду.
С ней вообще ничего работать не будет; у Вас концептуальный косяк: Вы почему-то предполагаете, что она как-то мистически будет остывать. С фига ли?
Выльете её в водоём - будет не только её остывание через теплообмен с воздухом, но и нагрев от солнца и испарение. С чего Вы взяли у неё бесконечный холодильник - не знаю. :/
в статье есть расчет циркконтура-там первые проценты по мощности и получились
заложен перепад в 5С (8 на входе)
система замкнута-цирквода охлаждается через стенки теплообменника и морская вода в конденсатор не попадает никак
Мало.
...
А перепад удвоить надо теперь. У вас же два теплообменника: один с морем, другой - с воздухом. Гидросопротивление их тоже удвоенное.
10% от тепловой мощности уже не отмашетесь.
Но даже 10% это уже 430кДж на литр воды. Плюс воздух. И удвоим... получается почти пол-киловатт×часа, как у осмоса только на циркуляции воды.
При огромной капиталоёмкости.
Что, собссно, и объясняет, почему установок осмоса много, и их число бычтро растёт. А мощных солнечных опреснителей нет. Потому их число и не падает.
от начальных 16МВт тепла 1,6МВт на циркуляцию? Чей-то много слишком.
При Ваших-то вводных много? :)
Ну нифига-се. :) Массоперенос прикиньте: на каждые 4кВт (то есть, 1г конденсированной воды в секунду) Вам нужно двигать (со входа до выхода) через теплообменник и трубопроводы протяжённостью "дофига" 1кг воды в секунду при нагреве воды на 1С.
400 ватт насос на расход 1кг в секунду через всю вот эту систему - много? А Вы не офигели? :)
А сколько хотели? 40 ватт? 120? :)
Да, если вода будет нагреваться на 10С, то воды нужно двигать уже 100 грамм, а мощность насоса нужна будет в 10 раз менее. Но при таком нагреве у Вас к концам теплообменника тепловой напор уже будет с гулькин нос. Сразу привет и без того огромной площади теплообмена, стоимости и гидросопротивлению.
...
При небольших перепадах температур и небольших тепловых напорах масс- и тепло- обмен - это дофига как сложно технически.
Иначе бы, имея перепад между морем и воздухом можно было бы банальной паровой машиной на фреоне бесконечно извлекать бесплатную энергию надёжно, стабильно зимой и летом. Реально такое не выйдет даже не по экономике, а потому, что что вся индикаторная полезная мощность будет профукана машиной на обеспечении своей собственной работы.
Стоимость (CAPEX и OPEX) велика, дист воду пить нельзя, загрязнение (рассолом) большое (штрафы) и т.д.
Проще применять традиционные варианты. Сейчас в Крыму строятся подземные водозаборы и трубопроводы для передачи воды на юг и восток полуострова. Водный баланс полуострова положительный (выпадает осадков больше, чем испаряется).
это только добавка к существующим источникам, так что чистого дистиллята не будет, да и минерализаторы можно поставить при необходимости.
но проблем, когда Украина перекрыла воду, было много
и сейчас еще обстрились... но осмос существует, энергемкость невелика, газ в крыму есть, мощности новых тэс тоже
Осмос - это большие проблемы. Энергоемкость очень велика (до 7 кВтч/м3), рассол необходимо утилизировать, воду после осмоса еще надо готовить. Кассеты регулярно менять, а они дорогие. Результат - стоимость воды в 5 раз выше, чем на материке. Квалификация персонала нужна другая и т.д.
Надо потери снижать. Сейчас они составляют около 50% от подачи. Как только потери снизятся, так и воды будет хватать.
2,5-3 квтч/м3
Today, reverse osmosis processes have been achieved under 2.7 kWh/m3 , by slowly reducing the consumption through energy recovery systems and by achieving a higher efficiency in the membranes, which are the key elements in the process
https://www.mdpi.com/2071-1050/12/12/5124/pdf
сиваш есть - там соленность в северной части выше, чем концентрат обратного осмоса... на черноморском побережье можно сливать в море в зону течений
воду после осмоса еще надо готовить.
трехкопеечная статья расходов
Квалификация персонала нужна другая и т.д.
какая ...более высокая чем технолог с Крымского Титано-магниевого завода?
вот даже спорить не буду... Рачительность прежде всего ... в том же израиле они перерабатывают отработанную воду дабы сократить энергозатраты на обратный осмос
не верьте. Израиль (лидер в этом деле) давно обещает 4 кВтч/м3. Но, по факту, меньше 7 не получается.
нет. 1. нельзя (читайте природоохранное законодательство) 2. труба туда - это ООООчень дорого
Может и не более высокая, но... сколько людей с подобной квалификацией Вы найдете на зарплату специалиста водоканала? )))
чему не верить отчетам Sorek...
приводи источник данных и тогда разговор будет другой...
а их 20 человек нужно на автоматизированную фабрику...
природоохранное законодательство меняется в соотвествии со складывающимися обстоятельствами ,.. Для этого у нас Государственная дума есть что бы необходимыее законы принимать... в израилде сливают концентрат в море и дорого это не обходится ... н
Не надо из пальца трудностей высасывать...Просвятитесь что уже есть...
дистилированную воду действительно пить не полезно... но ременерализаци никто не отмен/л...большую часть солей мы вообще с пищей получаем... реально нужен магний и кальций, причем кальций нужен в основном для того что бы на стенки металлических ьрубопроводов сел и предотвратил выщелачивание железа в воду... магний действиельно силно нелобходим и в израиле питьевую воду ременерализируют ... водный баланс действительно положителен но большая частть уходит через подземнык ногреые водные стоки в море ю... степной корым этот баланс мало задевает
Применяют - в спасательных комплектах при кораблекрушении.
полно в саудовской аравии оопреснителей на разныхз схемах парообразования до сих пор... там мазута дохерища
Не увидел в описании расчетов по перекачке воды к потребителям.
Но могу предложить альтернативный вариант, просто осаживать воду из облаков, которые самостоятельно пролиться дождем не желают.
Воды там дофига.
естественно. нужно знать где потребитель и где бухта, какие водопроводы между ними и т.д.
в какую воронку, чтобы подать сразу в водопровод?
обычный водопровод с забором из водохранилищ чем не устраивает?
т.е. если площадь сбора водохранилищ, например 1км2, а с облака льет на 1000 собрать 0,1% это нормально?
Поверхность водоема и площадь водосбора это разные вещи.
Жил на берегу Каспия г. Шевченко (ныне Актау) в 60-х... Для добычи в пустыне нефти и урана нужна была срочно вода, построили АЭС, а позже нашли целое море под морем...Пришлось АЭС закрывать! Важную тему вы подняли!
В самом ближайшем будущем (2-3 года) будет не только восстановлено поставка воды из Украины по Северо-Крымскому каналу, но и расширена.
Нужно потерпеть.
вальцмана и карлика арестуют ?????????
Отношения России и Украины будут нормализованы до приемлемого уровня.
Не сомневаюсь! "Выпилить" придётся немного...
Опять ссанитары бухают... да что ж такое ... как суббота оин буххают - за футкрологм не смотрят
До первого шторма и удваивай капзатраты. Потом опять.
специально написал про дамбу с перепускными трубами
Шторм это не только волна с моря. Это летающие крыши и прочие неприбитые глупости!
не без этого. Сейчас у людей в Крыму нет теплиц и других легких построек?
Поликарбонат плавающий на баклашках и продуманная теплица из 50го уголка немного в разных категориях.
это простейшая конструкция. Никто не мешает фермы сделать из того же уголка
И баклашки из кислородных баллонов
Хотелось бы чтоб росатом как можно быстрее достроил и запустил АЭС в Египте. Эта станция должна стать референтной, после того как она успешно заработает, многие захотят себе нормальные опреснители гигаваттных мощностей. В крыму бы тоже такую штуку забабахать не помешало, хотя там несколько напряжно с точки зрения сейсмики, но извините меня, раз мост смогли, и это тоже вполне реально.
нафуй ек еадо... и без аэс при текущей конфигурации генерирующего оборудования в крыму достаточно энергоресурсов для опресннения
Было бы смешно, если бы не было грустно.
В Адене (Йемен) в 1982-1983 годах СССР запустил опреснительную установку. Из морской воды. В Актау то же самое. Пар получали от атомного реактора.
тоже вариант, но атом это годы согласований/стройки и миллиарды инвестиций. Хотя, конечно, нужно считать стоимость конечного кубометра.
дорого это по сравнению с осмосом
А почему вы закладываете в расчёты, что весь тепловой поток пойдет на испарение воды? Сама по себе бухта будет нехилым аккумулятором тепла.
Дело в том, что в первом приближении я принял,что воду нагревать не будем. Т.к. в результате испарения температура понижается, то при ее неизменности все тепло уйдет на испарение
А почему бухта? Не удобнее и надежнее организовать неглубокий бассейн, а закачиваемой водой охлаждать конденсаторы?
бухта защитит от штормов и сократит протяженность, а значит, стоимость дамбы-готовый бассейн. Закачиваемая вода имеет температуру 23С. Если закачивать холодную, то для интенсивности испарения необходимо будет ее подогреть, что ухудшит экономику.
Бухт в крыму фактически нет. Закачиваемая вода проходя через конденсатор вполне себе нагреется. Плюс бассейн можно сделать достаточно мелким, температура будет гораздо выше.
Вода в море может быть далеко не +23. Я вот застал +13. Целую неделю стояла
Интересно, а если над бассейном поставить арочные теплицы и воду собирать стекающую с боковых поверхностей, то какой кпд будет. Из энергозатрат, только закачка воды в бассейн.
Страницы