Солнце, воздух и вода

on 01 May 2014.

СОЛНЦЕ, ВОЗДУХ И ВОДА

(О реальной возможности получения энергии и воды в пустынях).

Есть места на нашей планете, обделенные природой, Нет на них ни растительности, ни живности, радующей глаз. Но есть в этих местах то, что может коренным образом их изменить. Любая пустыня обладает таким колоссальным потоком солнечной энергии, что использование даже малой ее части может позволить преобразовать целые регионы, превратить их в райские уголки.

Автор не будет говорить о фотопреобразователях, К сожалению, они еще достаточно дороги. К тому же коэффициент полезного действия их мал.

Предлагается вниманию тема преобразования энергии с помощью разработанных, хорошо освоенных устройств. Холодильно-компрессорные установки будут аналогом. Система ОТЕС, внедрение которой началось лет тридцать назад, будет прототипом. Размещение ОТЕС наполовину или целиком на суще–вот предложение автора.

Напомним вкратце как выглядит система ОТЕС. Вода в океане (морях) имеет разную температуру на разных глубинах. Если нижние, более холодные слои, использовать как охлаждающую среду, а верхние, более теплые, как нагреватель, то можно извлекать энергию из морской воды в приличных количествах. Коэффициент подобной установки невелик 3-5%, но за счет прохождения огромного объема  воды энергия может достигать величин, сравнимых с современными ТЭС. В верхних теплых слоях испаряется, например, фреон, который вращает низкооборотную турбину, затем в нижних (холодных) слоях фреон конденсируется и подается насосом опять в испаритель.

Например, установка ОТЕС-1 при использовании аммиака в качестве рабочего тела и разнице температур верхнего и нижнего слоев воды в 23 градуса развивала мощность до 1 МВт. Испаритель и холодильник выполнены из тонких титановых трубок диаметром 2 см (6304 трубки) общей длиной 140 км! Холодная вода подавалась с глубины 700 м по трем полиэтиленовым трубам с внутренним диаметром 50 см.

Можно достичь лучших показателей, используя больший перепад температур. Для этого, по мнению автора, испаритель необходимо нагревать солнечной энергией. Даже ничего практически не меняя в ОТЕС-1, поместив испаритель на поверхности под прямые солнечные лучи, зачернив трубки и поверхности, можно получить и 40, и 50, и 70 градусов перепад температур. А это в два три раза улучшит показатели.

А какую максимальную температуру можно достигнуть от солнечного излучения? В фокусе параболических зеркал можно плавить металл. Температура Солнца (условная) порядка 6 000 , то есть, используя его излучение теоретически можно добиться такой же температуры. Но часть излучения поглощается атмосферой, часть энергии неизбежно потеряется за счет теплоотдачи нагреваемого тела воздуху. Но сотни градусов хватает, чтобы наголову превзойти ОТЕС.

Конечно, цикличность работы такой станции будет ее недостатком. Но всегда ли необходима постоянная энергия, есть ли задачи, которые можно решать за солнечный день?

Автор считает, что опреснение воды в прибрежных пустынях есть достойная задача. Пресная вода - растительность-живность бегающая, плавающая, летающая, люди...

Кроме того, и соль чего-то стоит. Во многих странах добывают из морской соли и магний, и калий, и т.д.

Итак, как автор видит опытную установку.

Испаритель помещается на суше. Пусть, для определенности мы возьмем испаритель площадью 100 квадратных метров (это участок всего лишь 10х10 м!). Испаритель выполнен в виде зачерненных трубок или зачерненного металлического радиатора, через который прокачивается фреон. Радиатор помещен в прозрачный кожух (как мы увидим, не для всех целей герметичный). Делается это для того, чтобы трубки, нагретые от солнечных лучей до температуры, превышающей температуру окружающей среды, не контактировали с воздухом, то есть, чтобы не было теплообмена. В трубках испаряется фреон (аммиак или другое вещество), который подается на низкооборотную турбину. Затем по трубе, уходящей в море, фреон попадает в охладитель, конденсируется и с помощью насоса-компрессора по возвратной трубе возвращается в испаритель. Пока Солнце нагревает испаритель - процесс идет. Так как солнечных дней в пустынях значительно больше пасмурных, то годичная эффективность работы будет велика. Но и при рассеянном свете установка будет работать, потому что черное тело (а именно так можно представлять испаритель) поглощает энергию в несколько раз лучше, чем окружающая среда (например, песок).

Солнечная постоянная равна 1358 Вт на квадратный метр. Хорошо зачерненная поверхность поглощает более 90% падающей энергии. Учтя, что практически никогда солнечные лучи не будут падать нормально к поверхности, примем поглощаемую мощность в 500 Ватт. Суммарно по площади- 50 000 Вт. Приняв коэффициент полезного действия турбины в 40%, получим 20 000 Вт электрической мощности на выходе. Часть энергии необходимо отдать на насос, возвращающий фреон в испаритель: пусть это будет 10 000 Вт. Итого в солнечный день установка выдаст 10 000 Вт полезной мощности на выходе. Один гектар (100х100 м) обеспечит 1 000 000 Вт (много больше, по мнению автора, потому что большие установки значительно эффективней).

Дистиллятор мощностью 10 000 Вт дает 40 литров воды за час. Но дистиллят совершенно не обязателен, необходима пресная вода, которая должна содержать некоторое количество солей. Поэтому, используя как более приемлемые конструкции дистилляторов, так и некоторые добавки к воде, можно в два три раза увеличить выход. То есть 80 литров в час при 10 000  Вт- это вполне реальные цифры. За восемь часов солнечного дня- 640 литров воды.

Таким образом, при норме расхода на человека 10 литров в сутки, можно обеспечить 64 человека в походных (экстремальных) условиях водой.

Кроме того, в некоторых местах установки обязательно будет образовываться конденсат. А учитывая, что установка предполагается вблизи водоемов (повышенная влажность!), то количество конденсата может в несколько раз превышать количество дистиллята. Откройте холодильник (200-300 Вт) и соберите всю воду, сконденсировавшуюся на испарителе за сутки, и Вы убедитесь, что это так.

Но ведь холодильник работает и без водяного охлаждения! Поэтому даже оторвавшись от водоемов, но обеспечив эффективное охлаждение охладителя обдувом и орошением (теми же 10 кВт мощности) можно получить не менее тонны воды в сутки.

Теплоемкость одного килограмма воздуха лишь в четыре раза меньше теплоемкости килограмма вода. Большим недостатком ОТЕС является обрастание охладителя морскими организмами, уменьшение теплопередачи со временем, практически неразрешимое на сегодняшний день. Обдувание же охладителя воздухом, да еще и с орошением не создаст никаких проблем. Обслуживание охладителя на воздухе, размещение его в тени, применение самых эффективных современных радиаторов является большим достоинством предлагаемой установки.

И последний штрих. Если турбина, как предполагалось, соединена с генератором, а как известно, электромашины обратимы, то как холодильник и конденсатор атмосферной влаги установка будет работать и от ветрогенератора, и от машинного аккумулятора, да и от ручного привода при желании. Роса, как известно, выпадает под утро: установку можно запустить на несколько часов, чтобы собрать некоторое количество влаги. Вот для таких целей , конечно же, кожух (оболочка) для испарителя не должна быть герметичной.

Коль мы видим, что для одного человека воды надо практически в сотню раз меньше, чем может дать установка с начальными параметрами  100 кв. м (дистиллят + конденсат), то и испарителя от домашнего холодильника должно хватить, чтобы  обеспечить себя водой (конденсатом).

Маленькие компактные установки для конденсации влаги могут быть просто незаменимы в походах или экстремальных ситуациях. Например на спасательных плотах даже от ручного привода можно будет получать под утро достаточное количество влаги для поддержания жизни - ведь влажность на море так высока, что роса выпадает и на куске металла, имеющем температуру воды. На судах на внутренних стенках бортов влаги скапливается так много, что ее приходится откачивать из трюмов. Цена походной установки для конденсации будет в десятки раз меньше цены домашнего холодильника.

Итак, идеально применение установки в прибрежных районах, где нет пресной воды и электроэнергии. За счет конденсации влаги можно организовать как нормальную жизнедеятельность, так и орошение сельхозкультур. Маленькие установки могут обеспечить водой экспедицию в самых труднодоступных засушливых районах, была бы хоть какая-нибудь энергия: ветер, аккумулятор или мышцы. Автору рассказывали, что и в Афганских горах груды камней, сложенных в полиэтиленовый пакет в ямку хватало, чтобы получить под утро стакан-другой воды. А ведь температура самого плохонького испарителя будет значительно ниже температуры камня.

Когда в пустынях возникнут сотни оазисов там, где испокон веков не было и не будет природных источников воды, фонтаны в тени рощ, причем с сохранением патриархального уклада, тогда, похоже, мы скажем: арабам везет с энергией.