Индивидуальные солнечные установки

СОЛНЕЧНЫЕ ОПРЕСНИТЕЛЬНЫЕ, ХОЛОДИЛЬНЫЕ И ВОДОПОДЪЕМНЫЕ УСТАНОВКИ

Солнечные опреснители. Население ряда районов юга страны испытывает острый дефицит пресной воды, и в то же время там имеются значительные запасы соленых вод, непригодных для питья. Обессоливание минерали­зованных вод или опреснение морской воды успешно осу­ществляется с помощью солнечной энергии. Первая в ми­ре гелиоустановка для обессоливания загрязненных ми­нерализованных вод была построена в поселке Лас Салинас на севере Чили еще в 1872 г. и в течение 36 лет снабжала пресной водой рудник, давая в день 20 м3 питьевой воды. Это была простая установка бассейново­го типа, занимавшая площадь 4600 м2.

Устройство и принцип работы солнечной опреснитель­ной установки бассейнового типа наглядно иллюстриру­ются схемой, приведенной на рис. 63. Морская или мине­рализованная вода, заполняющая мелкий бассейн с теплоизоляцией и гидроизоляцией, под действием по­глощаемой солнечной энергии испаряется, а образую­щиеся водяные пары конденсируются на наклонной стек­лянной крыше бассейна, и капли дистиллята стекают

В приемный желоб, откуда этот дистиллят по трубкам через гидрозатвор отводится в емкость для его сбора. На рис. 64 показана несколько измененная конструкция сол­нечного опреснителя, имеющего двойную полусфериче­скую оболочку из прозрачной пластмассы. Внутри обо­лочки движется минерализованная вода, подводимая по нижнему патрубку и отводимая по верхнему патрубку. Благодаря этому производится предварительный подо­грев воды за счет теплоты конденсации паров.

Первая в СССР опытно-производственная солнечная установка для обессоливания минерализованных вод бы­ла сооружена в 1968 г. в поселке Бахарден в пустыне Кара-Кум в Туркмении. Она имела площадь 600 м2, ле­том давала от 2,4 до 4 л пресной воды в день с 1 м2 пло­щади бассейна и обслуживала овцеводческую ферму.

Начиная с 60-х годов в различных странах был сооружен ряд крупных солнечных опреснительных установок бассейнового типа. В настоящее время в мире эксплуатируется не менее 25 мощных солнечных установок для опреснения морской воды с единичной площадью бассейна от 100 до 30000 м2 с суммарной площадью бо­лее 50 тыс. м2 и общей производительностью более 200 м3 пресной воды в день. Наиболее крупная солнечная опреснительная установка эксплуатируется с 1984 г. в Абу-Даби (Объединенные Арабские Эми-

Раты), которая была разработана совместно США и Японией. Это установка нового типа, и расчетная производительность составляет 120 м3 пресной воды в день, а фактически достигнутая среднегодо­вая производительность 80 м3 в день. К числу крупных солнечных опреснительных установок относятся четыре установки в Греции — на островах Патмос (площадь бассейна 8500 м2, производительность 40 м3 дистиллята в день), Кимолос и Сими (площадь 2600—2800м2), две установки в Кубер Педи в Австралии производительностью 14 м3 в день, установка в Пакистане (Гвадар) площадью 16 000 м2 и про­изводительностью 60 м3 пресной воды в день. Установки большой производительности построены также в Испании, Индии и других странах.

Существующие типы солнечных установок для опрес­нения морской воды и обессоливания минерализованной воды можно разделить на три группы:

1) опреснители бассейнового типа, в которых солнеч­ная энергия используется непосредственно для испаре­ния воды в процессе дистилляции. В качестве дополни­тельного источника энергии' может использоваться, на­пример, нагретая охлаждающая вода;

2) установки с процессами увлажнения воздуха и конденсации паров и многократным использованием солнечной энергии в многоступенчатых или параллельно включенных расширителях-испарителях, при этом пере­нос водяных паров осуществляется вследствие конвекции воздуха;

3) установки, в которых источником энергии служит солнечная радиация, но принцип работы их подобен обычным топливным опреснительным установкам, при­чем движение рабочей жидкости и водяных паров осу­ществляется с помощью насоса и вакуум-насоса.

Для нагревания от 20 до 50 °С 1 кг или 1 л воды и ее испарения требуется около 2400 кДж теплоты или 670 кВт-ч на 1 м3 воды. В течение летнего солнечного дня на 1 м2 поступает около 20 МДж солнечной энергии, при КПД солнечного опреснителя 0,36 за день испаряет­ся слой воды толщиной 3 мм.

Благодаря более эффективному использованию теп­лоты (в частности, для предварительного подогрева опресняемой воды за счет теплоты конденсации водяных паров) в многоступенчатых содаечных опреснитель­ных установках ее расход значительно ниже теоретиче­ского (670 кВт-ч на 1 м3) и составляет всего 50— 60 кВт-ч/м3, а в системах с применением обратного ос­моса и электродиализа и того меньше—5—15 кВт-ч/м3. В установках последних типов потребление энергии про­порционально солесодержанию воды, и при дистилляции загрязненной маломинерализованной воды расход энер­гии составляет 1 кВт-ч/м3.

Для крупномасштабных солнечных опреснительных установок с суточной производительностью 100—200 м3 воды в день многоступенчатые установки имеют преиму­щество, так как они потребляют меньше энергии на пе­рекачку, и оборудование в меньшей степени поддается коррозии. В уже упоминавшейся крупной опреснитель­ной установке в Абу-Даби используются вакуумирован - ные трубчатые стеклянные коллекторы площадью 1862 м2. В них вода нагревается до 80 °С и выше и по­дается в тепловой аккумулятор, благодаря чему обеспе­чивается непрерывный процесс дистилляции. Температу­ра воды, поступающей в испарители, равна 75—80 °С. Требуемый расход теплоты составляет 45 кВт-ч на 1 м3 дистиллята, а расход электроэнергии 7 кВт-ч/м3. При­менение солнечных батарей позволит существенно сни­зить стоимость получаемой воды.

Солнечные холодильные и водоподъемные установки. Принцип работы холодильных установок описан в гл. 3.

Холод можно получать в солнечных абсорбционных холодильных установках периодического действия. Для установок этого типа характерно совмещение в одном ап­парате двух элементов системы. Так, генератор и абсор­бер совмещаются с коллектором солнечной энергии, а ис - паритель — с конденсатором, однако эти функции они выполняют в разное время суток. В дневное время кол­лектор солнечной энергии служит генератором, а ночью — абсорбером. Под действием поглощенной сол­нечной энергии днем из крепкого раствора аммиака в во­де, находящегося в коллекторе, выделяется аммиачный пар, который затем превращается в жидкость в конден­саторе. Жидкий аммиак накапливается в специальной емкости с водяной рубашкой. В ночное время происхо­дит охлаждение коллектора при открытой крышке и дав­ление в системе падает. Аммиак в емкости испаряется, отбирая теплоту у воды в кожухе конденсатора-испари­теля, а пар поступает в абсорбер-коллектор, где он по­глощается слабым раствором, образуя крепкий водоам - миачный раствор. При этом вода в кожухе охлаждается до температуры —5 °С и превращается в лед. На сле­дующий день цикл повторяется.

Принцип работы другой холодильной установки пе­риодического действия, обеспечивающей температуру 4 °С в камере для хранения вакцины, основан на процес­сах адсорбции-десорбции в системе цеолит—вода (рис 65). Днем в солнечном коллекторе (КСЭ), содер­жащем насыщенный водой цеолит, в результате повы­шения температуры давление в КСЭ становится выше давления паров, соответствующего температуре в кон­денсаторе. Часть воды из цеолита десорбируется, и пары конденсируются в конденсаторе. Под действием силы тя­жести вода стекает в испаритель, помещенный в тепло­изолированный ящик с крышкой.

В ночное время температура в КСЭ постепенно сни­
жается и давление в нем становится ниже давления па­ров при температуре в испарителе Ти. При этом находя­щаяся в нем вода испаряется и образующиеся водяные пары поступают в КСЭ и там адсорбируются цеолитом. Процесс идет с поглощением те'плоты, и при этом возни­кает охлаждающий эффект в испарителе и даже может образовываться лед. Вентиль обеспечивает переключение контуров циркуляции днем и ночью. Охлаждаемые меди­каменты помещают в ящик.

Рис. 65. Солнечная холодильная камера для хранения вакцины:

1 — солнечный коллектор; 2 — конден­сатор; 3 — испаритель; 4 — теплоизоли­рованная камера; 5 — крышка; 6 — ам­пулы с вакциной; 7 — вентиль

В солнечных водоподъемных установках для привода насоса используются солнечные батареи или тепловые двигатели, работающие по термодинамическо­му циклу с низкокипящей рабочей жидкостью. Мощность привода зависит от производительности^ и напора насоса, определяемого глубиной скважины, обычно достаточно

3— 15 кВт.