Ветро-гидрогенератор

 

Для обеспечения питьевой водой жителей засушливых регионов в данное время используются атомные опреснители (такие как БН-600 на полуострове Мангышлак в Казахстане), водоканалы (такие как Каракумский) или трубопроводы (имеющие довольно большую протяжённость) предназначенные для забора воды из северных рек и перенаправление её в южные районы. Все эти проекты предназначены для больших населённых пунктов и имеют довольно высокую стоимость.

В связи с этим, огромные территории России (30%) и Казахстана (70%) оказываются малонаселёнными и плохо осваиваемыми.

Скважинный метод водоснабжения не всегда приемлем из-за того, что грунтовые воды зачастую перенасыщены солями, растворимыми минералами и радоном. Нормализация таких вод, как правило, связана с дополнительными затратами, а качество из оставляет желать лучшего.

А существуют ли системы водоснабжения свободные от всех перечисленных недостатков?

Парадокс в том, что в любой точке самой засушливой пустыни имеются огромные запасы питьевой воды и не где ни будь, а в атмосфере!

По данным метеослужб, даже в самой засушливой из пустынь, Гоби, уровень влажности воздуха не понижается ниже 60%. На территории России и Казахстана, уровень влажности атмосферы колеблется в пределах от 70 до 100%.

Что такое влажность воздуха?

В атмосферном воздухе всегда присутствует некоторое количество водяного пара. Содержание водяного пара в атмосфере зависит от места и времени и называется влажностью воздуха (или просто влажностью). Парциальное давление водяного пара не может превышать определённого зависящего от температуры значения - давления насыщенного водяного пара. В данном объёме воздуха при данной температуре может содержаться лишь вполне определённое максимальное количество водяного пара.

• Максимальное количество водяного пара, которое может находиться в 1м куб воздуха при каждой определённой температуре, называется максимальной влажностью, или количеством насыщенного пара fмакс:

     

Единица СИ максимальной влажности [fмакс] = кг/м куб.

Обычно количество пара, содержащегося в воздухе, меньше максимально возможного значения.

• Количество водяного пара, содержащееся в 1 м куб называется абсолютной влажностью f:

 

Обычно используемая единица абсолютной влажности f: г м куб

 

• Отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной  называется относительной влажностью ф:

 

Относительная влажность обычно выражается в процентах.

Если Ф - относительная влажность,

          f  - абсолютная влажность,

          fмакс -максимальная влажность (количество насыщенного пара),

то они связаны между собой следующим соотношением:

 

 

Давление и плотность насыщенных паров воды

  

 

 Так как максимальная влажность fмакс зависит от температуры, относительная влажность меняется при изменении температуры, даже если абсолютная влажность остаётся неизменной. При охлаждении до точки росы относительная влажность достигает 100%.

• Точкой росы называется такая температура, при охлаждении до которой начинается конденсация воды, содержащейся во влажном воздухе (образование росы).

Таким образом, после выпадения росы, влажность воздуха понижается. Для того, чтобы его осушить полностью, необходимы отрицательные температуры. Полностью сухим воздух получают при  температурах близких к точке замерзания углекислого газа (приблизительно -57 °C). При более высоких температурах воздух будет лишь частично осушенным.

В промышленности полным осушением воздуха занимаются на газоразделительных станциях. Для этого применяются специальные машины, так называемые детантеры.

Работа детантера основана на эффекте охлаждения газа при его расширении. Схема простейшего детантера представлена на рис 1. В его состав входят:

1 - осевой компрессор;

2 - горячий радиатор;

3 - рекуперативный радиатор;

4 - система водослива.

 

Рис. 1

 

Компрессор сжимает воздух до необходимого давления. При этом происходит его разогрев. В горячем радиаторе он охлаждается до температуры окружающей среды и поступает в змеевик рекуперативного радиатора. Выходя из сопла, расположенного но конце змеевика, воздух охлаждается (при расширении) и уже охлаждённый движется в обратном направлении, ещё больше охлаждая входящий поток.

В конечном итоге, температура вблизи сопла змеевика достигает точки росы и происходит выпадение конденсата.

Система водослива состоит из колена, образующего водяную пробку предотвращающую выход охлаждённого газа через водослив.

Температура у сопла змеевика зависит от давления развиваемого компрессором, температуры на выходе горячего радиатора, коэффициента теплоизоляции и длины рекуперативного радиатора.

Не вдаваясь в подробные расчёты, которые проводятся при помощи изобарных и изохорных таблиц, отмечу, что при температуре приблизительно равной 0 °C (при более низкой происходит замерзание конденсата) коэффициент осушения достигает приблизительно 50-60%. При относительной влажности воздуха равной 100% на выходе мы получаем приблизительно 50-60 миллилитров конденсата с каждого кубометра.

Промышленные установки осушения воздуха имеют такие характеристики:

• мощность электродвигателя - 10 кВт;

• давление - 10 - 15 кг/см²

• производительность - 150 - 250 м³/час.

В качестве насоса используются осевые турбокомпрессоры.

Легко подсчитать, что имея компрессор с производительностью 200 м³/час, на выходе установки мы получим 50-60 литров воды в час или 2400 - 2800 литров в сутки.

Вращать вал турбокомпрессора можно при помощи ветроустановки, схема которой приведена в статье "Ветроустановка". Он соединяется с гидромотором либо параллельно с электрогенератором, либо вместо него, если получение электроэнергии не предполагается. В этом случае супермаховичный накопитель не используется.

 

 

© Прохневский С. А.