Атомные кулеры для Европы

2 декабря 2011
Рис. 6. Карта размещения COOLERов в Европе

1. В Европе аномально жарко.

Аномальная жара летом, обезвоживание суши и лесные пожары, ливни и наводнения стали реальной проблемой для населения европейских стран.

Предлагаем использовать возможности атомной энергетики и природные факторы Европы в качестве средств адаптации к нежелательным климатическим изменениям.

2. Принцип адаптации для Европы.

Территория Европы окружена морями с трех сторон, в том числе с запада (рис.6). Водность морского воздуха в жаркое время года может достигать ηw~ 30г/м3.

В многофакторном природном процессе, определяющем температуру воздуха тропосферы выделим один, для нашей цели существенный – это уровень солнечной радиации, достигающей поверхности земли. Облачность, в том числе облачность верхнего яруса, является эффективным природным регулятором уровня прямой и рассеянной солнечной радиации. Известно, что высотные облака, порождаемые, например, деятельностью вулканов, могут существенно влиять на климат Земли.

Принцип адаптации:управлять температурой земной поверхности и приземной температурой воздуха, используя техногенную высотную облачность в качестве средства для регулирования (в широких пределах, плавно и обратимо) уровня падающей солнечной радиации над проблемными территориями Европы. Источником влаги для техногенной высотной облачности выбрана природная атмосферная влага над акваторией европейских морей, перемещаемая техногенными динамическими струями воздуха на высоту свыше 6км.

Для реализации данного принципа адаптации необходимо наличие трех компонентов: (A) собственно техногенная высотная облачность (ТВО) - маловодная, относительно долгоживущая, значительных объемов; (B) средство для стабильного перемещения ТВО в заданном направлении и (C) средство для генерацииТВО:

 

Адаптация = ТВО + средство перемещения ТВО + средство генерации ТВО.

 

Рис.2. Облака перистые плотные (Ci sp). Рис.3. Облака перисто-слоистые (Cs).

A) Прообразом ТВО являются облака верхнего яруса, доминирующие на высоте свыше 6км: перистые облака (Cirrus), перистые плотные (Cirrus spissatus, Ci sp), перисто-слоистые(Cirrostratus, Cs), перисто-кучевые(Сirrocumulus) и некоторые другие (см. рис.2,3).

Состоят перистые облака целиком из ледяных микрокристаллов.

Водность перистого облака ηcs~ 0.01 г/м3 ~ (1/3000)*ηw.Этот факт принципиально важен для наших предложений, т.к. позволяет обеспечивать необходимой облачностью значительные территории, путем практически реализуемых технических инноваций.

Прозрачность перистой облачности зависит от ее толщины, водности и т.п. Показатель ослабления может обеспечивать снижение уровня солнечной радиации на 40% и более [1]. Время существования облачности может составлять десятки часов.

В) Средство перемещения ТВО – это высотный ветер («самолетный», от 6 до 15км), близкий к геострофическому ветру. В северном полушарии это ветер верхней тропосферы и стратосферы, западных направлений, скорость варьируется от нескольких метров в секунду до 30-40м/с. Температура воздуха на этой высоте составляет (-30) ÷ (-70)°С. Территория «затенения» будет определяться местом расположения средства генерации ТВО в акватории европейских морейи направлением высотного ветра.

С) Средство генерации ТВО - «LAND-COOLER».

Требуемое техническое средство для генерации ТВО назовем «LAND-COOLER» - «охладитель земель», далее просто COOLER.

COOLER (рис.4) – стационарный атомно-энергетический комплекс, предназначенный для утилизации неограниченных запасов пресной воды в виде пара в атмосфере над акваториями ближайших к континенту морей.

 

Рис.4 Виртуальная модель COOLERa с 8 инжекторами

 

COOLER должен удовлетворять следующим необходимым требованиям:

  1. Поставлять в небеса только продукт природного взаимодействия моря и солнца;
  2. Работать длительно (до 9 месяцев) и бесперебойно;
  3. Быть энергонезависимым;
  4. Иметь морское (островное) базирование;
  5. Не зависеть от направления и силы приземных ветров;
  6. Обладать надежной защитой от цунами и других водных стрессов;
  7. Вырабатывать (дополнительно к пункту 1) также пресноводный конденсат из морской атмосферной влаги;
  8. Быть подконтрольным международному сообществу.

3. Инжекторы COOLER. 

Рис. 5 Инжекторы COOLERа

Основу COOLERа составляют инжекторы (рис.5) – пустотелые железобетонные сооружения цилиндрической формы высотой 400м и более, диаметром ~ 60÷100м, содержащие внутри себя электровентиляторные установки и трубные конструкции для подготовки и заброса увлажненного воздуха на расчетную высоту ~ 10км. Высота инжекторов COOLERа должна обеспечивать независимость работы станции от приземных ветров.

На рис.4 показан вариант станции «LAND-COOLER»с 8 инжекторами.

Перспектива дефицита пресной воды в Европе, особенно в ее южных регионах, сегодня не кажется фантастикой. Поэтому COOLER будет работать также в режиме промышленной конденсации атмосферной влаги моря, приэтом отдельные вентиляторы подают морской воздух на охлаждение в специальные охладители-конденсаторы, охлаждающей средой для которых является морская вода. Образующийся пресноводный конденсат (до 2т/сек) будет накапливаться в резервуарах станции и транспортироваться на побережье.

Работа COOLERа в указанном режиме необходима также для повышения его рентабельности.

О рентабельности COOLERа. Стоимость одной станции COOLER можно оценить в удвоенную стоимость атомных энергетических установок, входящих в ее состав, т.е. 6-10млрд. евро. Инвестиционная привлекательность проекта «LAND-COOLER» зависит от платежеспособности проживающего в затеняемом регионе населения и уровня климатического дискомфорта на территории обслуживаемых им стран. Защита территорий Единой Европы от климатических аномалий будет вполне рентабельна.

4. Необходимая мощность COOLERа.

Выберем производительность инжектора Q~200тыс.м3/сек(по воздуху)иоценим мощность [2] N~(π/8)*ρ*D02*v03 , (ρ - плотность воздуха) источника ТВО, необходимую для достижения вертикальной воздушной струи «самолетных» высот. Пусть начальный диаметр воздушной струи D0= 60м, 80м и 100м. Соответственно значению Qначальная скорость струи составит  v0=71м/с, 40м/с и 25м/с. Согласно оценке по известной формуле Пристли [3], такие струи будут достигать в нестратифицированной атмосфере высот более 10 км.

Расчетные характеристики инжектора для обеспечения производительности Q1~ 200 тыс.м3/сек (по воздуху) и высоты струи: 

v0– начальная скорость вертикальной воздушной струи,  w10км– максимальная скорость струи на высоте 10 км. [3].

D0=100м:    v0=25м/с;            N=72MВт;
w10км= 1.66м/c.

D0=80м:    v0=40м/с;              N=176MВт;
w10км= 1.94м/c.

D0=60м:    v0=71м/с;              N=557MВт;
w10км= 2.46м/c.

В качестве источников энергии для COOLERа могут использоваться (в зависимости от площади затеняемых территорий) модульные малые, средние или нескольких плавучих АЭС мощностью 100÷1000 МВт.

5. Размеры затеняемой территории.

Станции «LAND-COOLER» предназначены для техногенного влияния на климат отдельных регионов земной поверхности.

При горизонтальной скорости высотного ветра v=15м/си времени жизни ТВО 24 часа, при толщине облачности 0.5 км, ширине 100 км и производительности COOLERа с 5 инжекторами Q5= 5х200=1000 (тыс.м3/сек)  площадь облачности (и региона) составит 0.52 млн.км2.

Территория проблемного юга Европы (от Португалии до Урала) составляет примерно 50% от всей площади Европы или около 5 млн.км2. Для затенения облаками такой территории потребуется: 5 млн.км2/0.52 млн.км~ 10 COOLERов (рис.6).

Толщина и водность высотной облачности регулируются расходом и влажностью морского воздуха и выбирается исходя из необходимого уровня снижения максимальной дневной температуры на затеняемой территории.

В период активной циклонической деятельности, а также в зимние месяцы, когда снижение температуры земной поверхности не требуется, станции COOLER работают исключительно как поставщики пресноводного конденсата.

 

Рис. 6. Карта размещения COOLERов в Европе

 

6. Строительство COOLERов.

Решению о строительстве атомных станций «LAND-COOLER» должны предшествовать предпроектные изыскания с использованием авиации, в ходе которых определятся:

  • роза высотных (6-10км) воздушных течений,
  • оптимальные параметры техногенной высотной облачности,
  • площадки для строительства.

Важно наличие национального и международного согласия по вопросу дополнительной облачности над территорией их стран.

COOLER представляет собой атомную энергетическую установку, работающую на свои градирни-инжекторы.Тепловая мощность, уходившая в градирни, здесь используется для подогрева забрасываемого воздуха с целью повышения плавучести воздушной струи.

Приведенные в статье расчетные параметры инжекторов условны и приведены лишь для принципиальной оценки габаритов установок и необходимой потребляемой мощности. В настоящее время строительство сооружений типа градирен высотой 400-600м и диаметром до 100м является технически решаемой задачей.

Для обеспечения электроэнергий оборудования станции «LAND-COOLER» при удаленности энергосетей потребуется доставка плавучих или монтаж компактных (модульных) атомно-энергетических установок. Производительность станции будет расти за счет  строительства дополнительных инжекторов COOLER, наращивания мощности инжекторов по мере необходимости.

7. Экологические последствия применения COOLERов.

Воздействие COOLERов на климат полностью обратимо как смена времен года, регулируемо и подконтрольно (в отличие от внеземных «линзовых» способов регулирования уровня солнечной радиации или химических воздействий на облачность).

Обсуждаемый вариант регионального регулирования температуры приземной атмосферы и земной поверхности с использованием COOLERов максимально копирует деятельность гипотетического управляемого вулкана, извергающего исключительно воздушные массы акватории морей, без колебаний почвы и цунами.

Общие риски использования в проекте атомных энергоустановок здесь нами не рассматриваются. Рассеивание радионуклидов исключается полным контролем над используемыми воздушными массами и немедленным отключением электропитания инжекторов при атомной аварии.

На затеняемых территориях возможно увеличение осадков во время работы COOLERов.

Благодаря дополнительной высотной «криогенной» дистилляции ТВО (аналогично природным облакам морского происхождения) какое-либо «засоление» затеняемой территории исключено.

Струйное перемещение больших объемов воздуха может сопровождаться низкочастотным шумовым фоном (его горизонтальной составляющей над водной поверхностью). Конструкция инжектора должна максимально компенсировать указанные акустические эффекты.

Зона струйного перемещение воздуха (радиусом несколько километров вокруг станции COOLER) естественно должна быть закрыта для использования авиатранспорта.

Воздушные струи возможно будут представлять опасность для пернатых, летающих вблизи над морем на высотах свыше 400м.

Анализируя экологические последствия применения COOLERов необходимо учитывать безусловный приоритет ежегодного сохранения тысяч человеческих жизней и самой европейской цивилизации перед лицом надвигающейся климатической нестабильности.

8. COOLERs необходимы сегодня.

COOLERы должны использоваться для мягкого регионального снижения максимальных летних (и среднегодовых) температур, для борьбы с недостатком пресной воды, для восстановления и поддержания природного кругооборота воды и т.п. Влияние станций COOLER может ощущаться на расстоянии до 1000км от берега.

Атомные COOLERы полностью управляемы, могут оперативно менять структуру и оптическую прозрачность техногенной высотной облачности, а также свой режим работы вплоть до полной остановки генерации облачности, не прекращая работу в качестве производителя и поставщика конденсата морской атмосферной влаги.

Именно применение возможностей атомной энергетики делает доступной к использованию атмосферную влагу морей. Высотная облачность, создаваемая станциями «LAND-COOLER», обладает регулируемой плотностью и площадью.

К перспективным для применения COOLERов территориям относятся, в первую очередь, омываемые с запада морями пустыни Австралии, Ирана, Индии, пустыни Северной и Южной Америк, Южной Африки, прибрежные зоны пустыни Сахара, а также пустыни стран Ближнего востока и Аравийского полуострова.

9. Манифест COOLERа.

Можно придумать много веских причин (экологических, экономических, политических, религиозных и др.), чтобы ничего не делать с нестабильностью климата, а только наблюдать, оценивать, приспосабливаться и терпеть. Но Человек – не растение и не жертва.

Поэтому:

(1) Человечество не имеет права пассивно переживать климатические аномалии, принявшие глобальный наднациональный характер. Сказано: «Наполняйте землю, и обладайте ею, и владычествуйте над всею землею». Мы обязаны корректировать меняющиеся условия нашей жизни, иначе – несостоятельность как Разума, деградация и гибель. Не адаптироваться к климату, но регионально адаптировать климат!

(2) Человечество должно уже сегодня сооружать, использовать и совершенствовать стационарные технические средства коррекции температурных аномалий земной поверхности и воздуха.

(3) Целью адаптации климата является обеспечение температурного комфорта и стабильного кругооборота воды в проблемных регионах. Опресненная морская вода из крана никогда не заменит людям обыкновенного дождя!

(4) Безальтернативным (в настоящее время) средством для региональной адаптации климата считаем техногенную облачность различных видов при наличии ветров стабильного направления и близости морей.

(5) Необходимо принятие международных соглашений о критериях невмешательства человека в дела природные, об уровне допустимого природного дискомфорта.

(6) Необходимо централизованно финансировать проектирование и строительство станций типа «LAND-COOLER»как средства компенсации климатического дискомфорта на территории проживания народов Европы.

Ссылки

  1. Григоров Н.О, Саенко А.Г. Оценка прозрачности перистых облаков на основе анализа спутниковых фотографий. – Материалы итоговой сессии Ученого совета 2005г. Изд. РГГМУ, 2005г. 224с.
  2. Х.Кухлинг. Справочник по физике. – М: Изд. «Мир», 1982г. - 519.
  3. Пристли С. Турбулентный перенос в приземном слое воздуха. –Л: Гидрометеоиздат,  1964 - 122с.