DagTech Глобальные проекты Гамида Халидова
 
russian english
Проекты
Автор

 

Инновации, №№3-4, 06.2000 г.

Гамид Халидов

Новые технологии получения питьевой воды и охлажденного воздуха из высокоширотных льдов

По прогнозам специалистов, пресной воды на Земле осталось мало. На привозной питьевой воде живут Алжир, Сингапур, Гонконг, прибрежные районы Югославии. К концу тысячелетия государства Северной Африки и Ближнего Востока вычерпают до дна все подземные запасы в своих регионах. Если сегодня проблемы, связанные с нехваткой воды испытывают около 250 млн. человек, то всего через несколько лет, по мнению экспертов ООН, они возникнут у стран с населением до одного миллиарда людей, а к 2025 году от нехватки пресной воды будут страдать 2/3 населения земного шара. В официальном докладе ООН, подготовленного международными экспертами-экологами указывается, что 97,5 процента водных ресурсов нашей планеты содержат соль, и в таком виде непригодны для употребления человеком. А 2,5 процента приходится на пресную воду, которая и используется для питания, удовлетворения потребностей промышленности, сельского хозяйства и т.д. Но доступ к этим ресурсам пресной воды осложнен из-за их нахождения в различных, порой труднодосягаемых средах. Две трети пресной воды сосредоточены в ледниках и постоянном снежном покрове, остальная часть, содержащаяся в водах озер, рек, болот и грунтовых водах, распределена на земном шаре весьма неравномерно: в одних районах ее избыток, в других - постоянная засуха. Человеческая цивилизация поставлена перед серьезными испытаниями в предстоящем столетии. Мировая наука уже несколько десятков лет настойчиво ищет пути обеспечения водой нуждающиеся регионы и страны, но пока ничего кардинального, способного отвести надвигающуюся катастрофу не предложено. Хотя созданы атомные и солнечные установки, опресняющие морскую воду, устройства, получающие воду осаждением водяных паров из воздуха, разного рода адсорберы, но ни один из этих вариантов ни в отдельности, ни все вместе не способны решить эту глобальную проблему. То вода получается некачественной, то установки по ее получению малопроизводительны, то себестоимость слишком высока. Стало ясно, что необходим принципиально новый путь решения этой общемировой проблемы, решения, в результате которого люди должны получить высококачественную воду, в достаточном количестве и низкой себестоимостью. Просчет вариантов очень быстро показал, что стабильные, не зависящие от погодных, климатических и политических условий, запасы воды для миллиарда людей в достаточном количестве и высокого качества можно найти только в виде льда в высоких широтах земного шара в Антарктиде, Гренландии, Аляске и т.д.

Поиск и выбор технологий получения воды

Доставка воды в виде айсбергов предлагались очень давно. И периодические дискуссии о возможности их транспортировки возникают в научных и предпринимательских кругах. Мною тоже были просчитаны возможные варианты транспортировки айсбергов весом в сотни миллионов тонн из Антарктиды к берегам Саудовской Аравии. В расчетах учитывалась и техническая сложность самой транспортной операции, господствующие на этом пути ветры и течения, вероятность штормов и тропических тайфунов, температуры вод на глубинах до 500м и соответственно интенсивность таяния айсберга на разных глубинах, потеря воды в пути и многое другое.

Будет интересно узнать, что айсберг, 6/7 объема которого находится под водой, подтачиваемый течениями и ветрами, проплывая в день десяток-два километров, за период своего существования 5-6 раз переворачивается, из-за смещения своего центра тяжести. Это происходит довольно внезапно и быстро. Поэтому судам запрещено подходить близко к айсбергу. При транспортировке интенсивность таяния айсберга по всей его подводной части соответственно увеличится, а значит увеличится и количество его кувырков. Не говоря об опасности, которые несут кувырки айсберга для судов - буксировщиков, отмечу, что каждая новая установка буксировочных тросов, после очередного кувырка, будет отнимать неприемлемо много времени и сил, т.к. производится в походе и неизвестно при какой еще погоде и волнения моря. По этим и ряду другим причинам от буксировки айсберга пришлось отказаться. Стало ясно, что лед придется добывать тем или иным способом в местах его расположения и в твердом или жидком виде доставлять потребителю. Необходимо было найти новые технические решения и технологии, обеспечивающие возможность доставки из высоких широт льда-воды с сохранением его конкурентоспособной себестоимости. Но прежде надо было определиться - лед или воду будем грузить и транспортировать. Очевидно, что возможны три варианта доставки льда, обеспеченные сегодняшним уровнем развития техники:

  • в виде воды - что требует больших энергозатрат на растапливание льда и неприемлемых сроков погрузки;
  • в виде мелких кусков льда - здесь энергозатраты несколько меньше, но значительно возрастают капитальные затраты на разного рода оборудование, а также уменьшается плотность загрузки трюма и возрастают сроки погрузки;
  • в виде крупных нарезанных брусов льда весом в десятки и сотни тонн - энергозатраты продолжают уменьшаться, но погрузка судна также затягивается, а объемы работ для буксиров и кранового оборудования возрастают в сотни и тысячи раз.

Все вышеуказанные варианты неприемлемо высоко повышают себестоимость доставляемой воды и делают ее неконкурентоспособной. Не случайно на продолжительность погрузки обращается такое большое внимание. Изучение режимов и частоты смены погоды на месте планируемой добычи льда показало необходимость иметь возможность завершения погрузки за один - два дня.

Очевидно, что только при минимизации затрат на каждом технологическом этапе заготовке, погрузке, транспортировке, разгрузке, будет возможно сделать эту воду из льда конкурентоспособной. Особенно это касалось этапов заготовки, погрузки-разгрузки. Требовалось найти ответы на многие вопросы. Какими судами перевозить лед? Каким способом заготавливать перевозимый лед? Каких форм и размеров должны быть заготовки льда? В зависимости от того или иного способа решения каждого из вышеперечисленных вопросов получались разные технологические цепочки заготовки, погрузки и перевозки льда. Расчеты показывали, что для сохранения рентабельности проекта, перевозка льда на многотысячные расстояния должна осуществляться судами водоизмещением более 40 тысяч тонн, их погрузка занимать один-два дня и брусы льда должны весить несколько тысяч тонн, что позволило бы загружать и разгружать судно в несколько приемов. Но современный уровень техники в сфере погрузочно-разгрузочных технологий и механизмов не позволяет оперировать такими весами и габаритами, да и районы возможной добычи льда (Антарктида, Гренландия) - слишком неподходящие места для крупных стационарных сооружений и механизмов. К тому же современный флот не знает кораблей способных принять и осуществить перевозку ледяных блоков таких больших весов и размеров.

Результатом проделанной работы явились принципиально новые, новаторские решения, касающиеся способов и инструментов для добычи льда, конструкций морских судов, способов транспортировки и использования льда в местах его разгрузки. Все они имеют патентную защиту. Беру на себя смелость утверждать, что разработана вся технологическая цепь процесса обеспечения водой стран, нуждающихся в ней. И что самое главное, себестоимость этой высококачественной, <живой> с медицинской точки зрения воды будет ниже получаемой на атомных опреснительных установках.

Заготовка бруса льда

Остановим свой выбор на Антарктиде как источнике льда. Здесь сосредоточены триллионы и триллионы тонн чистейшего льда, образовавшегося в те времена, когда еще ни одной промышленной пылинки не летало в атмосфере южного полушария. Это лед всех форм и размеров. Это ледяные равнины и ледяные вершины, ледяные потоки и вытекающие ледники, шельфовый лед и ледяные языки, айсберги и морской лед. Толщина ледяного покрова достигает 4 км, а подводная часть ледяной равнины уходит в море на глубину 2 км. Итогом наших поисков, с учетом короткого лета, стал выбор шельфового ледника. У него плоская поверхность вершины, наиболее чистый лед и есть возможность подхода судов к нему. Отрицательным фактором в организации заготовок непосредственно на шельфовом леднике является множество больших и малых льдин и айсбергов, плавающих на подступах к краю ледника и угрожающих безопасности судоходства. C материка спускается к морю Содружества крупнейший на земном шаре шельфовый ледник Эймери, от которого отрываются айсберги весом в миллиарды тонн, а в прибрежных водах плавают тысячи крупных и мелких айсбергов. Очень удобно, почти на прямой линии, лежит морской путь от Аравийского полуострова в море Содружества, омывающего берега Антарктиды. Думается, что этот район Антарктиды наиболее подходящий, как место организации добычи льда. Для организации непрерывной работы необходимо рассмотреть целесообразность буксировки отобранного айсберга или айсбергов в теплые месяцы в район острова Кергелен, на мелководье, где вода не замерзает круглый год.

Поскольку процесс заготовки льда оказался весьма простым и требуемое для этого оборудование компактно и малогабаритно, то вопрос, где будет проходить заготовка, на берегу или в море, не очень существенен.. Поэтому рассмотрим ход заготовительных работ на крупном айсберге, оторвавшемся от шельфового ледника, дрейфующем в чистом море и имеющем площадь своей плоской поверхности в несколько квадратных километров. Благо, выбор здесь есть. Тысячи и тысячи разного вида и форм айсбергов и льдин дрейфуют в прибрежных водах Антарктиды. Из всех айсбергов 60-80% образуются, отрываясь от шельфовых ледников, причем они самые большие из всех. Они имеют плоскую поверхность и площадь до нескольких тысяч квадратных километров. Это позволяет организовать заготовку льда прямо на них.

В общем приближении картина организации заготовки брусов льда выглядит следующим образом. С главной базы экспедиции на острове Кергелен, где размещены соответствующие ремонтные и вспомогательные службы, самолетный и вертолетный парк, спецтехника, буксиры и другое необходимое для работы оборудование и снаряжение, вылетает и высаживается на выбранный айсберг определенных размеров, с плоской поверхностью на приемлемой высоте от поверхности моря, исследованного на предмет устойчивости и живучести, бригада ледодобытчиков с необходимым оборудованием, инструментами и запасом топлива.

Поскольку брусы будут спускаться в воду, разметка их заготовок начинается недалеко от края айсберга и может продолжаться далеко вглубь поверхности, образуя желоб. Это оправдает необходимость предварительной подготовки пути, по которому проследуют брусы льда в море. Длина пути и наклон поверхности скольжения к морю, рассчитываются так, чтобы исключить возможность его разламывания при спуске на воду. Брусы могут также вытягиваться и сбрасываться море с помощью заведенных на буксиры канатов. Возможно сочетание обоих вариантов. Так как операции по подготовки пути следования бруса, по сути, те же самые, что и операции по заготовке бруса, то сразу рассмотрим процесс его заготовки.

Операции по заготовке бруса льда на айсберге проводятся при помощи ледорезов, специально изобретенных для этого способа заготовки. Это ледорез для вертикальной проходки и ледорез для горизонтальной проходки.

Ледорез работает следующим образом. На айсберге или леднике выбирается место для разработки и производится разметка будущих брусов льда. Затем устанавливается различное вспомогательное оборудование, расставляются по разметке ледорезы и штанги (можно применить троса, канаты), включается генератор электрического тока. Нагревание элемента приводит к нагреванию рабочего органа и погружению ледореза в ледовый массив на глубину, определяемую длиной штанг. Образовавшаяся при этом вода отводится с помощью насоса. Ледорез на штангах (тросах, канатах) опускается по мере растапливания льда в массив до линии окончания вертикальной части стенки трюма и затем его извлекают из толщи льда. Такая же операция повторяется на противоположной стенке бруса. Следующей осуществляется вертикальная проходка по торцам до достижения нижней точки выплавляемого бруса льда. Эти проходки могут идти одновременно при наличии мощностей, но должны сопровождаться и одновременной и синхронизированной откачкой образующейся воды, т.к. вода может замерзнуть и опять превратиться в лед.

Завершение этапа вертикальных проходок открывает фронт работы для следующего завершающего этапа - проходки ледорезом в горизонтальном направлении, для вырезки нижней округлой части бруса. Для этой операции применяется ледорез с соответствующей дугообразной формой и требуемыми размерами. Устройство-ледорез работает следующим образом. На айсберге или леднике выбирается место для разработки и производится разметка и оконтуривание будущих брусов льда. Затем устанавливается различное вспомогательное оборудование, расставляются по разметке ледорезы и штанги (можно применить троса, канаты), включается генератор электрического тока. Нагревание элемента приводит к нагреванию рабочего органа, а горизонтальное перемещение тележек на поверхности айсберга приведет в движение в горизонтальном направлении, закрепленного к ним через штанги, ледореза.

В торцах бруса с выходом в расчетные места на верхнюю горизонтальную поверхность сделаны отверстия, через которые протянуты тросы (канаты). Предварительно для бруса подготавливается путь следования в воду по траектории нисходящей дуги. Буксир как бы вытаскивает брус из массива айсберга. Далее брус скользя по желобу падает в воду и буксируется к ледовозу. На этом этап заготовки бруса заканчивается.

Ледовоз. Погрузка, транспортировка, разгрузка.

Ледовозы (патенты №2145562 - транспортное судно - Ледовоз и №2145290 - Ледовоз - Н) - это новый тип судов, предназначенных для перевозки крупногабаритных и многотысячетонных брусов льда и других видов крупногабаритных грузов, погрузка которых осуществляется непосредственно с водной поверхности в трюм. Опишем транспортное судно - Ледовоз и технологию осуществления им погрузочных работ (патент №2144883 - Способ погрузки-разгрузки судов непосредственно перемещением грузов из воды в трюм и обратно).

Схема судна и его погрузки представлена на рис. 1, 2.

Конструктивно судно является тримараном, поскольку такая конструкция обеспечивает наибольшую устойчивость, плавучесть и запас прочности при проведении погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки. Перенос двигателей в боковые корпуса, которые из вспомогательных, как в обычном тримаране, превратились в равноценно главные, придал высокую маневренность тримарану, необходимую для проведения погрузочно-разгрузочных работ с крупногабаритными грузами, находящимися в воде.

Судно состоит из трех корпусов. Средний корпус 2, предназначенный для перевозки крупногабаритных и массивных грузов в трюме с двойными теплоизолированными стенками. Боковые корпуса 1 и 3 с расположенными на них силовым оборудованием, топливом, лебедками, насосами, двигателями судна. На палубе корпуса 2 расположен привод лебедки 4, система редукторов 5 для управлением кормовыми трюмными воротами 6 и перегородками 7 и 8; откос 9 сглаживает переход от приемного отсека к днищу судна, удлиненные вглубь моря борта 10 и 11 образуют боковые стенки приемного отсека.

В совокупности кормовые трюмные ворота 6, перегородки 7, 8, трюмный откос 9, удлиненные борта 10, 11 образуют погрузочное отделение. Его конструкция, состоящая из приемного и транзитного отсеков предусматривает забор из воды и размещение в трюме льда или другого, находящегося в воде груза, размер и вес которых не позволяют осуществить погрузочную операцию в трюм судна известными на сегодня техническими средствами и способами. Кормовые трюмные ворота, выполненные в виде нескольких пар створок или вертикально опускающихся и поднимающихся плит равны поперечному сечению приемного отсека погрузочного отделения судна. Образованный перегородками транзитный отсек обеспечивает прием, размещение и передачу бруса льда или груза из приемного отделения далее в трюм и изоляцию трюма от забортной воды во время погрузочно-разгрузочных работ. Боковые корпуса, которые в обычных классических конструкциях тримарана выполняли вспомогательную роль по увеличению устойчивости судна при волнении воды, в этом судне, предназначенном для погрузки-разгрузки многотысячетонных брусов льда или других грузов и транспортировки их на большие расстояния, можно сказать, стали основными наряду со средним корпусом, с собственными силовыми установками, расположение которых на них придало судну исключительную маневренность и позволило судну осуществлять загрузку льда (груза) непосредственно из воды в трюм, а также значительно увеличило устойчивость, плавучесть и грузоподъемность судна.

Транспортное судно используют следующим образом. При переходе по морю к источнику сырья - айсбергу, судно перемещается с герметично закрытыми кормовыми воротами 6 и перегородками 7 и 8, как обычное судно. Когда буксируемый брус льда доставлен к месту погрузки, и буксир поплыл за следующей, начинается операция по его загрузки в трюм корпуса 2. Открываются створки ворот 6 и перегородка 7. Приемный отсек и транзитный отсек заполняются водой до уровня моря. Конструкция и размеры приемного отсека таковы, что обеспечивают прием и размещение в себе предназначенного для погрузки в трюм бруса льда. Транзитный отсек после загрузки трюма может принять брус льда 16 для транспортировки, как часть трюма. Тримаран, маневрируя двигателями в боковых корпусах, наплывает открытой кормой на ледяной брус, пока тот полностью не разместится в приемном отсеке. Далее створки ворот 6 закрываются, и начинается закачка забортной воды в погрузочное отделение, пока ее уровень в нем не поднимет ледяной брус до высоты, при которой брус, втягиваемый лебедкой не вплывет из приемного отсека в транзитный отсек. Переборка 7 закрывается, остатки воды при их наличии откачиваются за борт. Открываются трюмные ворота 6, и в приемном отсеке уровень воды падает до уровня моря. Затем открывается переборка 8, и брус с помощью лебедок затягивается во внутрь трюма судна. Затем переборка 8 опускается, изолируя трюм от приемного отделения, давая возможность приступить к следующей погрузочной операции. Эти погрузочные операции повторяются до полной загрузки судна в несколько приемов до заполнения трюма брусами льда 15. Сложность и тонкость этого этапа в том, что <заглатывать> приходится ледяной брус весом в несколько тысяч тонн, который формой и размерами практически полностью соответствует форме и размерам поперечного сечения ледоприемника. Именно по этим причинам, здесь так необходима высокая маневренность судна, обеспечивающая <ювелирную точность> при наплыве на брус, его <заглатывании> и переправке вглубь ледоприемника.

Рассмотрим процесс организации погрузочных (разгрузочных) работ .

Пусть объем трюма составляет 50000 куб.м при его длине 100м и ширине 35м. Тогда суммарные габариты брусов льда, размещенные в трюме, составят 100Х35Х14куб.м. Если загружать трюм в 4 приема, то длина бруса будет 25м. Естественно, все размеры бруса в минусе до 0,5м. Высота трюма 14м плюс 2-3м на технические нужды. Глубина погружения приемного отсека погрузочного отделения во время приема льда должна быть равна глубине погружения бруса льда. Она составляет 6/7 от высоты куска льда, т.е. 12м. Пусть линия дна трюма, а значит дна транзитного отсека, находится на 8м ниже уровня моря. После забора бруса льда в приемный отсек и закрытия кормовых ворот в погрузочное отделение закачивается вода до повышения ее уровня в нем еще на 4,5м от уровня моря. Тогда нижняя кромка бруса, находящегося в приемном отделении, поднимется на 0.5м выше дна транзитного отсека, и брус свободно втягивается в транзитный отсек. Опускается перегородка 7, оставляя зазор для слива воды, открываются створки кормовых ворот, и вода вытекает из транзитного и приемного отделений в море. Брус льда легко опускается в ложе транзитного отсека. Открывается перегородка 8, и брус льда габаритными размерами 25Х35Х14куб.м. и весом 12250т втягивается в глубь трюма. И так до завершения погрузки.

Трудности и особенности операции по погрузке льда явились одними из главных причин выбора тримарана. Только тримаран, имеющий две силовые установки в боковых корпусах, может обеспечить высокую маневренность на очень малых скоростях при проведении погрузочных работ в открытом море. И на этом технологическом этапе были исследованы многочисленные варианты загрузки льда, найдены оптимальные подходы к осуществлению загрузки льда и его транспортировки.

Конструкция и габаритные размеры всех трех корпусов тримарана предусматривают и обеспечивают необходимую плавучесть судна при разгерметизации приемного отделения и проведении погрузочно-разгрузочных работ сначала до конца.

С учетом того фактора, что перевозятся многотысячетонные брусы льда, которые в случае их перемещения в трюме во время их транспортировки в трюме могут разломать корабль, разработана технология транспортировки брусов льда ледовозом (Патент № 2145561 - Способ транспортировки брусов льда судами-ледовозами). Для безопасной транспортировки льда на расстояние около 11 тысяч. км. ледовоз, наряду уже с ранее описанными своими характерными признаками, должен иметь достаточно мощную холодильную установку для примораживания бруса льда к днищу и бокам трюма для исключения возможности его перемещения во время транспортировки. Также на судне предусмотрена возможность применения теплового устройства или устройств для растапливания льда. Образовавшаяся вода заполнит все щели между льдом и стенкой трюма, затем сама замерзнет или будет заморожена и таким образом обеспечит плотное и надежное прилегание массива льда к стенке трюма, а значит обеспечит безопасность судна в пути. При замораживании учитывается эффект расширения воды при замерзании. Тепловое устройство также понадобится для размораживания днища и боков трюма перед разгрузкой льда. Перед транспортировкой льда, между размещенными в трюме брусами льда, укладываются разного рода теплоизоляционные материалы 14, не позволяющие смерзнуться брусам льда между собой, что облегчит проблему с разгрузкой. Размещение брусов льда при транспортировке в транспортном корпусе ледовоза показано на рис. 3.

Операция по разгрузке брусов льда особых технических сложностей не представляет и является обратной погрузке операцией.

Ледоприемник. Получение талой воды и охлажденного воздуха

Выгруженный из ледовоза в воду в порту Джидда брус льда подтягивается к причалу специальной конструкции мощными лебедками, установленными на берегу. Вытащенный из воды брус льда попадает в специальный желоб по которому направляется в расположенный поблизости от берега <стадион-ледоприемник> с прозрачной крышей. Регулируя доступ солнечных лучей и горячего внешнего воздуха, будем получать на выходе требуемое для розлива количество холодной воды и охлажденного воздуха. Расчеты показали, что 50 тысяч тонн льда при таянии (в зависимости от собственной температуры) способны, например, охладить на 20 градусов от 170 миллионов до миллиарда кубических метров горячего воздуха. Если учесть, что за день будут выгружаться 50-100 тыс. тонн льда, то, по-видимому, придется предусмотреть и рассчитать распиловку (разделку) брусов на части, что, увеличив площадь поверхности льда, позволит ускорить и регулировать процесс его таяния в ледоприемнике. Здесь возможны различные конструкции стационарных ледоприемников в зависимости от планируемой пропускной способности и варианты получения охлажденного воздуха и воды. Приведем вариант прикладного применения данной технологии.

Есть очень важная проблема, которую много лет с привлечением международных научных кругов пытаются решить правительство и деловые люди Саудовской Аравии. Это создание благоприятного микроклимата в местах размещения и передвижения паломников во время Хаджа. Хотя рассмотрено множество проектов, ответ еще не найден. Разрешите предложить свое видение решения этой проблемы, которое сформулирую очень сжато. От вышеупомянутого <стадиона-ледоприемника> в Джидде по теплоизолированным подземным трубам с помощью компрессорных станций охлажденный воздух подается в окрестности Мекки, где через распределительную сеть поступает в помещения и палатки паломников (см. рис. 5). Также, с использованием навесных конструкций, могут охлаждаться маршруты паломников по святым местам. Возможно использование льда и холодного воздуха для охлаждения мяса жертвопринесенных животных (до отгрузки по назначению). Расчеты показывают, что за время Хаджа, в зависимости от времени года, потребуется 1-2 ледовоза водоизмещением по 50 тыс. тонн. Параллельно с охлажденным воздухом может подаваться и талая вода. По такой же схеме круглый год могут снабжаться города и населенные пункты Саудовской Аравии. Думается, что такое решение отвечает требованиям экономичности и фундаментальности подхода к этой проблеме.

Плавсредство - баркон

Для того, чтобы избежать порожних рейсов, возвращающихся обратно после доставки льда ледовозов, мною предлагается использовать так называемый баркон (образовано от первых слогов слов <баржа> и <контейнер>). Поставленная цель достигается тем, что баркон (проекции баркона показаны на рис. 4) изготавливается конструктивно в виде минибаржи, которая при транспортировке размещается внутри трюма среднего корпуса ледовоза, причем габаритные размеры баркона по ширине и высоте равны (с минусовым допуском) ширине и высоте трюма среднего корпуса ледовоза, а по длине кратно меньшие. Габаритные размеры баркона, как правило, равны габаритным размерам бруса льда, принимаемым для погрузки и транспортировки ледовозом. С учетом того, что баркон предназначен для перевозки, прежде всего, в судах-ледовозах, он отличается от лихтера рядом конструктивных особенностей. В силу особых требований техники безопасности при его транспортировке в ледовозе (большая масса и соразмерные трюму габаритные размеры баркона), наряду с возможностями использования уже известных и применяемых способов креплений грузов в трюме, баркон выполняется с возможностью его примораживания к трюму ледовоза по всей поверхности их соприкосновения (как примораживается брус льда) и теплоизоляции размещенных в нем грузов от низких температур в трюме судна при транспортировке. Для решения этих задач борта и днище баркона сделаны с двойными стенками (крепящиеся между собой элементами жесткости 24), с расположенными между ними теплоизоляционными материалами. Между внешней стенкой 10 и внутренней стенкой 11 баркона размещены трубопроводы 22 и теплопроводники 23 с возможностью их подключения соответственно к холодильным и тепловым установкам судна, которые обеспечивают ускорение примораживания (размораживания) баркона к трюму судна, и теплоизоляционные материалы 21, предохраняющие от низких температур в трюме судна при транспортировке перевозимые в барконе грузы. Носовая 20 и кормовая 14 части баркона выполнены вертикальными или наклонными бортами, но так, чтобы дать возможность плотного прилегания барконов друг к другу в трюме ледовоза после укладки между ними (при необходимости) теплоизоляционных материалов с целью предотвращения примерзания барконов друг к другу. Для этого же (недопущения смерзания их между собой) внешняя сторона стенок носовой и кормовой частей баркона покрыта теплоизоляционным слоем 16.

Погрузка-разгрузка баркона в ледовозе осуществляется аналогично погрузке-разгрузке бруса льда. Баркон будет заранее загружен и готов к погрузке на ледовоз прямо из воды. Характер грузов самый разнообразный. Погрузочные операции повторяются до полной загрузки судна в несколько приемов до заполнения трюма барконами. В общем, можно сказать, что комплект барконов после погрузки в трюм ледовоза, полностью повторяя его конфигурацию, обеспечит плотное заполнение трюма, как и в случае транспортировки брусов льда.

После завершения погрузки каждого баркона включаются соответствующие холодильные установки и обеспечивают примораживание баркона к трюму на все время погрузки остальных барконов и их транспортировки. С целью обеспечения безопасности судна при транспортировке барконов, возможно использование воды для усиления эффекта примораживания баркона к трюму. Вода заполнит все щели между барконом и стенками трюма, затем будет заморожена применением холодильных установок ледовоза и таким образом обеспечит плотный и надежный контакт барконов со стенками трюма. Расположенная между двойными стенками баркона система трубопроводов 22 холодильных установок и теплопроводников 23 тепловых установок подключается к холодильным и тепловым установкам судна, что позволяет ускорить погрузочно-разгрузочные операции и надежность крепления барконов при транспортировке. Ясно, что применение <встречного> примораживания ускоряет проведение погрузочных операций и усиливает сцепление между барконом и трюмом судна, а применение <встречного> размораживания ускоряет разгрузку барконов. При замораживании учитывается эффект расширения воды при замерзании. При разгрузке барконов тепловые установки судна обеспечивают размораживание барконов и трюма. Транзитный отсек судна после загрузки трюма может принять баркон для транспортировки. Аналогичным способом производится погрузка-разгрузка и транспортировка баркона в ледовозе с погрузочным отделением в носовой части среднего корпуса судна (Ледовоз-Н). Перемещаемая палуба 9 (для этого на ней предусмотрены специальные крепления 3) баркона позволит увеличить количество механизмов участвующих в погрузочно-разгрузочных работах, использовать специальные контейнеры (под конструкции трюма баркона), то есть увеличить производительность погрузочно-разгрузочных работ и уменьшить время простоя.

Экономическое обоснование проекта

Для подтверждения перспективности выбранного пути, необходимо иметь возможность его реализации в одной или нескольких стран, нуждающихся в воде и способных понести определенные финансовые расходы. Выберем регион Аравийского полуострова и попытаемся смоделировать процесс доставки льда. Главным потребителем воды на полуострове является королевство Саудовская Аравия - самая мощная и динамично развивающаяся страна региона. Растущее быстрыми темпами население страны превысило 20 миллионов человек. Приняв за ежедневную норму для человека потребление воды на питье и пищу в количестве 2,5 литра, получим годовую потребность страны в воде - 18 миллионов 250 тысяч тонн, что соответствует 20 миллионам тонн льда.

В какую сумму обойдется этот проект? Какова будет себестоимость литровой бутылки воды? Оказывается, очень низкой. Такой низкой, что уже после реализации годовой потребности Саудовской Аравии в питьевой воде по довольно низкой цене 0,2 долл. США за литр талой воды, чистая прибыль составит более трех миллиардов долларов.

Проиллюстрируем наши расчеты.

Сегодня стоимость постройки современного танкера водоизмещением 50 тыс.тонн составляет около 60 млн. долл. США. С учетом особенностей конструкции тримарана ориентировочная стоимость его постройки составит около 120-130 млн. долл. Завысим цену наполовину и оценим его в 200 млн. долл. Поскольку, мы имеем возможность взять кредит в арабских странах и практически без процентов, то беря его на 20 лет, должны будем выплачивать по 10 млн. долл. в год. Планируя судну в год 10 рейсов за льдом, мы получим размер отчислений по 1 млн. долл. с каждого его рейса в счет погашения кредита. Еще по 1 млн. долл. отчислений с каждого рейса запланируем на затраты по эксплуатации, зарплату и т.п.

Всего затраты на рейс составят:

  • 1 млн. долл. США + 1 млн. долл. США = 2 млн. долл. США.
Себестоимость одного литра талой воды составит
  • 2 млн. долл. США : 50 тыс. тонн воды = 0,04 долл. США/литр.
Стоимость 50 тыс. тонн доставленной воды составит
  • 50млн. литров х 0,2 долл. США = 10 млн. долл. США.
Прибыль с одного рейса составит
  • 10 млн. долл. США - 2 млн. долл. США = 8 млн. долл. США.

Чтобы совершить 10 рейсов в год, надо обернуться в Антарктиду и обратно за 1 месяц.
Расстояние от Антарктиды до Саудовской Аравии и обратно около 22 тыс. км.
За сутки ледовоз будет проплывать около

  • 22 тыс. км : 30 дней = 750 км.
Его скорость будет не менее
  • 750 км : 24 часа = 32 км/час = 17,1 узлов/час.
Крейсерская скорость ледовоза 20 и более узлов в час обеспечит высокую оборачиваемость судов и оптимизацию соотношения между количеством судов и непрерывностью технологической цепи поставок льда.

Для перевозки годовой потребности 20 млн. тонн льда потребуется

  • 20 млн. тонн : 50 тыс. тонн = 400 рейсов.
Значит, за год будет получено
  • 8 млн. долл. х 400 рейсов = 3,2 млрд. долл. США прибыли.

В дополнении этим прибылям большие доходы принесет перевозка попутных грузов на обратном пути. В зависимости от груза, фрахта, расстояния обратный рейс с барконами на борту может принести от нескольких миллионов до нескольких десятков миллионов долларов. Правда, здесь возникает необходимость увеличения количества судов флота. С возрастанием их количества будет расти возможность перевозок попутных (и не совсем) грузов на обратном пути в Антарктиду. Определим минимальную плату за рейс с барконами - 2,5 млн. долл. США. Тогда за год получим:

  • 2,5 млн. долл. США х 400 рейсов = 1 млрд. долл. США

Итого, за год ледовозный флот, обслуживающий Саудовскую Аравию, может принести 4-5 млрд. долл. США прибыли. Участие в продаже воды оптом и в розницу также значительно увеличит величину прибыли, а значит рентабельность проекта. В сутки будут загружаться-разгружаться:

  • 400 рейсов : 365 дней = 1-2 судна.
С учетом разного рода задержек в пути надо предусмотреть 2-3 кратные запас пропускной способности береговой инфраструктуры. Приведенные расчеты, хотя приблизительны (с явно заниженной рентабельностью), но достаточны, чтобы увидеть перспективу и стать отправной базой для проведения полномасштабного эскизного проектирования и технико-экономического обоснования данного проекта. Столь высокая рентабельность проекта обусловлена также следующими основными факторами:
  1. Отсутствием платы за лед как за сырье.
  2. Относительной дешевизной способа заготовки льда.
  3. Относительной дешевизной погрузочно-разгрузочных работ.
  4. Использование для транспортировки льда самого дешевого - морского вида транспорта.
  5. Растапливанием льда за счет Солнца и нагретого воздуха в порту.
  6. Ненужностью каких-либо особых технологических процессов по обработке воды, образовавшейся после таяния льда, т.к. полученная талая вода является конечным и практически экологически чистым продуктом, годным к употреблению.

В данном проекте не приведены расчеты по использованию тримарана-ледовоза в качестве круизного туристического судна, но они безусловно имеют большой потенциал. Оборудование и отделка боковых корпусов тримарана-ледовоза под круизный лайнер сделает доходность данного проекта еще выше, хотя уже одно использование барконов настолько снизит себестоимость литра талой воды, что сделает ее практически бесплатной.

Заключение

Обобщая вышеизложенное, реализация проекта (например, для Саудовской Аравии) видится следующим образом. Флот из 25-30 судов водоизмещением от 50 тыс. тонн и выше круглый год будет перевозить лед. Места и объекты его заготовки выбираются в зависимости от времени года, состояния моря, ветров и течений, варьируются от берегов Антарктиды до острова Кергелен. Масштабы заготовки льда обеспечиваются наличием нескольких бригад по 10-12 человек каждая. К лету фронт работ будет года смещаться к берегам Антарктиды, а к зиме - к острову Кергелен, где будут расположены ремонтные и вспомогательные службы. Погрузка-разгрузка судов будет занимать день-два. Полный оборот судно совершит в течение 30 дней.

Наиболее существенные затраты по проекту - это постройка флота судов. Остальные затраты на строительство специальных причалов, стационарных ледоприемников, оборудования для добычи льда - на порядок меньше. Если развернуть работу в полном объеме, то через три-четыре года со времени начала финансирования необходимая береговая инфраструктура и первые суда флота будут построены, проведены все необходимые исследовательские работы и испытания оборудования. Стоимость такого пути реализации проекта для Саудовской Аравии составит около трех миллиардов долларов. Если же достижение планированного объема поставок льда растянуть на более долгий срок, то и первоначальные затраты будут адекватно снижены. Все зависит от темпов реализации проекта и оптимизации технологической цепочки. Объем финансирования и темпы работ могут обсуждаться и изменяться, но ясно, что потребности в пресной воде будут расти, а равноценного Антарктиде источника воды - нет. Значит, рано или поздно надо приступать к решению этой проблемы.

Я думаю, что такие компании, как PEPSI-COLA, COCA-COLA и другие, изготавливающие разного рода напитки, заинтересуются данным проектом. Не случайно знаменитое шотландское виски получают, используя воду горных ледников и снегов Шотландии.

Помещая заводы по производству напитков в тропической и субтропической зонах на островах и континентах (с учетом солнечных дней и температур), можно создать мировую сеть по производству и реализации напитков на основе талой воды, полученной изо льда. Например, судно, загруженное льдом в Антарктиде, разгружает этот лед на заводе, расположенном в Сингапуре. Затем судно, загрузившись готовой продукцией (напитками), транспортирует ее в Гонконг, Японию. Из Японии судно может отправиться на Аляску за льдом и так далее.

Для стран и территорий, расположенных в нежарких широтах земного шара, где нет высоких летних температур, а значит и потребности в больших количествах охлажденного воздуха, нет необходимости в строительстве дорогих стационарных ледоприемниках. Лед будет поступать на реализацию сразу после разделки бруса льда на более мелкие куски для промышленных нужд и в виде ледяной крошки для розничной торговли. Таким образом вырисовывается реальная перспектива по обеспечению людей талой водой в любой точке земного шара.

Хочу сразу успокоить тревогу экологов о возможных последствиях деятельности по добычи льда для природы Антарктиды, Гренландии, Аляски. Если для одного миллиарда нуждающихся в воде людей принять за норму на питье и пищу в день 2,5 литра, то за год им потребуется 1 миллиард тонн льда. Это всего 1 куб.км льда. Для сравнения в одном только шельфовом леднике Эймери в Антарктиде заключено около 20 тысячи кубических километров льда. А объемы тающих и растворяющихся в морской воде айсбергов и льдин настолько велики, что практически не поддаются учету. Запасы льда не уменьшаются благодаря постоянно идущим процессам круговорота воды в природе. Так что на одной чаше весов имеем бесконечно малую, от общей ледовой массы льдинку, а на другой - здоровье и жизнь сотен миллионов людей.

Для обеспечения потребностей человечества в воде в ближайшие четверть века потребуется свыше 2 тысяч таких ледовозов.

В проекте предложены новые технические решения и технологии, защищенные девятью патентами и имеющие мировой приоритет. Он был заслушан и одобрен на Президиуме Дагестанского Научного Центра Российской Академии Наук (Постановление №2 от 29.01.1999 г.). На него получено положительное Заключение Государственной экспертизы Республиканского исследовательского научно-консультационного центра экспертизы Министерства науки и технологий Российской Федерации. Сделаны доклады на научных конференциях и советах.

Проект "Живая вода" на первый взгляд может показаться слишком масштабным, но он реален и жизненно необходим стране сейчас и на будущее. У нашей страны появиться возможность предложить на международном рынке продукцию, которая привлечет в страну в ближайшие годы миллиарды долларов инвестиций. Судостроительная отрасль может получить эти деньги на строительство судов по перевозке льда для стран, нуждающихся в питьевой воде. Это государства Аравийского полуострова, Северной Африки, Юго-Восточной Азии, а также Япония, ЮАР, Португалия, Италия и ряд других стран.

Отличие этого проекта от других в том, что он нуждается в минимальном финансировании только на стадии эскизного проектирования и подготовки технико-экономического обоснования (уже в большей части выполненных), которые в ближайшие месяцы можно подготовить до уровня, требуемого для контрактных предложений, после чего дальнейшее финансирование будет осуществляться иностранными инвесторами.

В Заключении Государственной экспертизы №36 от 17.02.1999г. Министерства науки и технологий РФ прямо указывается на "...важность и престижность для РФ оказаться инициатором проекта такого глобального масштаба, а также очевидную заинтересованность нашей страны в получении миллиардных (долл. США) заказов на строительство специальных судов и оборудования...".


Вернуться к списку публикаций

 

     © DagTech 2002-2003. Дизайн Компания IWT.