В общемировых масштабах использование солнечной энергии для опреснения минерализованных вод является одной из основных тенденций в развитии проблемы.
Исследования по применению солнечной энергии для опреснения проводятся в 16 странах. Начиная с 1964 г. во всем мире построено 12 промышленных солнечных опреснительных установок, общая площадь которых составляет 26940 м2, производительность - 4 1 63,9 м3 пресной воды в год, что удовлетворяет потребность в питьевой воде 40000 человек. Намного больше опреснителей небольшой производительности. Например, только в Северной Африке в настоящее время действует 150 таких установок, общей производительностью 300 м3 воды в год. Большое количество опреснителей эксплуатируется на греческих островах, в Австралии, Израиле и других странах. Тем не менее потенциальные возможности их применения только начинают использоваться.
Сфера применения опреснителей уже, чем гелиоустановок, но может охватывать различные отрасли народного хозяйства Главное их назначение - производство питьевой воды для населения, а также для водопоя скота. Они могут иметь и техническое назначение. Для сравнительно крупных потребителей производство дистиллята для питания паровых котлов, приготовления растворов в строительстве, для производства консервированных продуктов и др. Для мелких потребителей - производство дистиллированной воды для приготовления лекарственных препаратов в аптеках, заливка аккумуляторов автотранспорта, охлаждающих систем для предотвращения в них накипеобразования и т.д.
В настоящее время разработаны различные типы гелиоопреснителей (рис. 15). Опреснители могут быть типа "горячий ящик" и с концентраторами. Из-за громоздкости конструкций и высокой стоимости получаемой воды опреснители с концентраторами пока не нашли применения ни за рубежом, ни в нашей стране (хотя разработки в этом направлении и ведутся), поэтому мы их рассматривать не будем.
В зависимости от потребностей в пресной воде и назначения производительность гелиоопреснителей может быть от 1 -1 ,5 л в день до обеспечения питьевой водой крупных населенных пунктов или контингентов скота.
Первые солнечные опреснители в нашей стране были построены в 1929 г. на о. Челекене.
В 1935 г. в Туркмении был построен опытный образец регенеративного солнечного опреснителя с концентратором солнечных лучей производительностью 100-120 л воды в День. В том же году в Ташкенте проходил испытания многокорпусный опреснитель с концентратором солнечных лучей производительностью 1 м3 воды в сутки.
В последние годы в нашей стране до стадии внедрения доведены парниковые опреснители главным образом лоткового и наклонно-ступенчатого типов.
В 1962 г. в Туркмении построен и испытан солнечный опреснитель парникового типа в совхозе "Чемен-Абид" [42].
В Казахстане исследования опреснителей этого типа были начаты в 1962 г. Первые сравнительные испытания солнечных опреснителей парникового типа разных образцов (8 штук) с одинаковой площадью испарения были проведены в Казахстане в 1964—1965 гг. Испытания и технико-экономические исследования показали целесообразность практического применения опреснителей парникового типа.
В 1969 г. в Туркменской ССР в урочище Свезших совхоза "Бахарден" была построена первая очередь солнечного опытно-промышленного опреснителя парникового (лоткового) типа площадью 600 м2. Принято решение о строительстве в 1972 г. второй очереди площадью 1 800 м2.
Опыт строительства этого опреснителя подтверждает важность использования в обзоре данных о качественных областях применения той или иной установки. Мышление человека хотя и является гибким, но в то же время часто оказывается консервативным. Если не назвать какую-либо область применения той или иной установки, то существует вероятность, что заинтересованные специалисты могут и не догадаться применить установку для этой области, хотя они о ней могут и знать. Поэтому в обзоре подробно приводятся все выявленные нами из литературных источников идеи применения той или иной установки, высказанные различными специалистами. Этот методологический прием должен выполняться при разработке других обзоров.
В начале этого раздела говорится, что опреснительные установки могут применяться для приготовления строительных растворов. На первый взгляд, это не столь важная информация. Но при строительстве опреснителя в Бахардене была допущена ошибка, связанная с использованием такого рода сведений.
Рис. 15. Схема основных типов солнечных опреснительных установок
Сначала были построены все вспомогательные сооружения (баки для дистиллята, соленой воды, бак-смеситель и т.д.) и в последнюю очередь сам опреснитель. При выполнении объема железобетонных работ по изготовлению баков-аккумуляторов (около 600 м3) пресная вода подвозилась за 130 км с помощью автоводовоза. Это приводило к удорожанию конструкции. Надо было бы в первую очередь построить опреснители и с их помощью получать пресную воду, необходимую для строительства и полива железобетонных баков-аккумуляторов.
В 1970 г. в Узбекистане в совхозе "Шафрикан" были построены железобетонные опреснители парникового и наклонноступенчатого типов площадью 700 м2 производственного назначения. Комиссией, созданной Министерством сельского хозяйства УзССР, солнечные опреснители наклонно-ступенчатого типа были приняты к широкому внедрению.
На основе предложения Министерства совхозов УзССР институт "Узгипросельстрой" разработал экспериментальный типовой проект солнечной установки наклонно-ступенчатого типа (СОУ-1000) площадью испарения 1000 м2.
Анализ результатов испытаний солнечных опреснителей наклонно-ступенчатого типа (СОУ-1000), а также подробные технические [138 , 28, 29] и экономические [ 24] расчеты дают право рекомендовать их для системы водоснабжения пастбищ Узбекистана. Солнечные опреснители (СОУ-1000) будут построены в 5 каракулеводческих совхозах Бухарской области [31].
Описанные установки рекомендованы для внедрения научнотехнической экспертной комиссией секции по возобновляемым источникам энергии научного совета "Энергетика и электрификация" Государственного комитета СМ СССР по науке и технике. Эти установки могут быть рекомендованы и для Казахстана [346].
Технико-экономическая характеристика лоткового опреснителя, следующая: производительность - до 3 л пресной воды с 1 м2 в день; срок окупаемости - 3,5-4 года.
Производительность 1 м2 наклонно-ступенчатой установки в день до 4 л. пресной воды. Срок окупаемости - 2,53 года. Себестоимость полученной пресной воды опреснителями обоих видов в 1,5 раза дешевле, чем при доставке воды автоводовозом.
Для мелких потребителей разработаны переносные опреснители, которые могут найти широкое применение в быту, а также в чабанских бригадах, сельских аптеках, колхозных гаражах, экспедиционных отрядах и т.д. Вес заправленного опреснителя 10 кг, производительностью 9-10 литров питьевой воды с 1 м2 в день, ориентировочная стоимость 8-1 0 руб., себестоимость получаемого дистиллята 2-3 руб. за 1 т, срок окупаемости 1 год. Опреснитель не требует ухода, прост в эксплуатации [346].
Применение солнечных опреснителей ограничивается высокими капитальными затратами на их строительство. Удельные капитальные затраты на сооружение солнечных опреснителей (1 4400 руб./м3 сутки) являются самыми высокими по сравнению с затратами по другим методам опреснения воды.
Поэтому решение о водообеспечении с помощью солнечных опреснителей зависит не только от их конкурентоспособности с традиционными способами водообеспечения (строительство водопровода, скважины и т.д.) но и от конкурентоспособности с другими методами опреснения. Если в рассматриваемом районе имеются, например, свободные вторичные энергоресурсы, то солнечные опреснители уже не могут конкурировать с дистилляционными.
С точки зрения экономической целесообразности они могут найти применение в тех случаях, когда осуществляется подвоз пресной воды более чем на 35-40 км и когда отсутствуют энергоресурсы, необходимые для реализации других методов опреснения, либо имеющиеся энергоресурсы должны использоваться для других целей. Эти ограничения, которые могут встречаться в различных сочетаниях, необходимо рассматривать в каждом конкретном случае и поэтому сделать в обзоре обобщающих выводов по Казахстану не представляется возможным.
Но если ориентироваться на объемы подвоза пресной воды только для хлебоприемных пунктов Казахстана и в системе Западно-Казахстанского геологического управления [9 8 ], то, исходя из производительности 1 м2 наклонно-ступенчатой установки 4 л в сутки, ориентировочная потребность в солнечных опреснителях для указанных потребителей составит 2 млн. м2. Если вести расчет потребности в опреснительных установках, исходя из необходимости обводнения неиспользуемых в настоящее время пустынных и полупустынных земель с травостоем, то эта цифра может быть значительной. Только по Узбекистану для этих целей понадобится 2,6 млн. м2 опреснителей [346], а потенциальные возможности Казахстана в этом отношении, как это видно из данных табл. 3, намного превышают потенциальные возможности Узбекистана.
В Казахском педагогическом институте на кафедре физики была выполнена работа по анализу водообеспеченности пустынных пастбищ республики и гелиоэнергетических ресурсов, на основе которого составлена схематическая карта районов возможного применения солнечных опреснительных установок парникового типа с указанием числа часов солнечного сияния данного района и удельной производительности.
Установлено, что из 140 млн. га пустынных пастбищ Казахстана около 40% занимают площади с солеными водами различной минерализации. В эти районы пресная вода доставляется автоводовозами. Например, привозной водой пользуются круглый год совхозы "Дарбаза", "Сырдарьинский" Чимкентской области, а также совхозы Гурьевской области. Постановлением Совета Министров Казахской ССР (№ 683 от 15 сентября 1962 г.) об опреснении минерализованных вод для питьевых и хозяйственных целей в Казахской ССР была указана- необходимость применения различных опреснителей, в том числе и солнечных.
Расчеты, выполненные Казахским педагогическим институтом, показывают, что применение солнечного опреснителя для водоснабжения 2000 голов овец на пустынных пастбищах Казахстана даст ежегодный экономический эффект 16 тыс. руб. по сравнению с доставкой воды водовозами на расстояние 60 км. Себестоимость воды, опресненной с помощью солнечной энергии, в 2 раза ниже себестоимости пресной воды, полученной с помощью топливного опреснителя.
