中国海波浪能资源分析

以10年QSCAT/NCEP混合风场数据为输入,采用WAVEWATCH-Ⅲ波浪模式,对中国海1999-2009年的海浪场进行了数值模拟,通过计算得到该海域的波浪能功率密度,对波浪能资源进行综合分析,得出中国海波浪能资源的地理分布特征以及各海区的季节变化情况.     

1988-2010年中国海域波浪能资源模拟及优势区域划分

基于国际先进的第三代海浪数值模式WAVEWATCH -Ⅲ,以CCMP风场为驱动场,模拟得到中国海域域1988年1月-2010年12月的海浪场。从提高波浪能资源利用效率的角度出发,定义了波浪能资源开发的有效时间,综合考虑波浪能流密度的大小、资源开发有效时间出现的频率、能流密度的稳定性(变异系数)、SWH和能流密度的变化趋势、资源的总储量和有效储量等方面,对中国海域域的波浪能资源进行评估。研究发现:(1)南海北部四季皆为能流密度的大值区,各个季节基本都在8 kW/m以上,秋冬两季更是高达20 kW/m以上。(2)东海和南海大部分海域的波浪能资源开发有效时间出现频率较高。(3)能流密度的稳定性在1月最好,4月和10月次之,7月最差;南海能流密度的稳定性好于其余海域,其中又以南海北部海域的稳定性最好。(4)中国海域域大部分海域单位面积的波浪能总储量在2×104 kW·h/m以上,高值中心分布于南海北部海域,有效储量的分布特征与总储量基本一致。(5)我国大部分海域的SWH和波浪能流密度呈显著的逐年线性递增趋势,SWH的递增趋势为0.5~2.5 cm/a,能流密度的递增趋势为0.05~0.55 kW/(m·a)。(6)我国大部分海域蕴藏着较为丰富的波浪能资源,其中南海北部、台湾以东洋面及琉球群岛附近海域为波浪能资源的优势区域。     

近22年南海波浪能资源模拟研究

利用目前国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ(WW3),以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场为驱动场,对近22年南海的波浪能资源进行模拟研究。综合能流密度大小、能级频率、有效波高(significantwave height,SWH)和能流密度的长期变化趋势以及能流密度的稳定性等各方面,发现我国南海尤其是南海北部海域蕴藏着较为丰富、适宜开发的波浪能资源;并探索性地构建了一套资源评估系统,对南海的波浪能资源进行综合分析,寻找资源的相对优势区域,为海浪发电、海水淡化等波浪能资源开发工作提供科学依据。结果表明:1)南海大部分海域的能流密度在2—16kW m 1,大值区分布于吕宋海峡—中南半岛东南海域一线。2)近22年期间,南海大部分海域的SWH以0.005—0.025m a 1的速度显著性逐年线性递增,大部分海域的波浪能流密度以0.05—0.55kW m 1 a 1的速度显著性逐年线性递增。3)南海大部分海域2W m 1以上能流密度出现频率在60%以上。4)南海大部分海域波浪能流密度各月的变异系数Cv基本都在0.9以内,稳定性较好,大部分海域的月变化指数Mv指数在6以内,季节变化指数Sv指数在4以内。5)南海北部为波浪能资源的相对优势区域。     

山东省周边海域波浪能资源评估

采用第三代海浪模式SWAN对2001-2010年期间山东省周边海域的波浪状况进行了数值模拟。波浪能数值模拟值与台站观测值的比对结果表明模拟值可靠、实用。分析发现山东省周边海域平均波能流密度以2 000W/m以下为主,低于中国南部海域及欧美沿岸波能流密度。选取12个典型代表点,从波能流密度大小、变化特征、稳定性等角度分析了不同代表点的波浪能情况,发现山东周边波能流密度受气候变化影响近10年来呈上升趋势。综合不同区域波浪能大小及需求情况,建议选取山东半岛东部海域、蓬莱外围岛屿近渤海中部海域和渤海中部海域作为波浪能开发利用的首选区域。其中成山头东部海域波能流密度在冬季高达5 000 W/m,在该季节大部分区域可归为一类资源丰富区。基于此,建议开发利用中小规模的波浪能供电设备或供电设施。     

基于LAGFD-WAM海浪数值模式的海南万宁近海波浪能资源评估

利用1991—2010年的NCEP再分析风场驱动LAGFD-WAM海浪数值模式,通过数值后报方法,对海南万宁近海海域近20年的波浪场进行了逐时数值模拟,数值模拟结果和实测结果对比的一致性良好。在数值后报数据的基础上计算了万宁近海波浪能流密度和能流密度变异系数,并对其年内变化特点、区域分布特征和稳定性进行了分析。万宁近海年均波浪能流密度3—10 k W/m,属于波浪能资源可利用区和较丰富区。年内各月月均能流密度差别较大,12月波浪能资源最好,5月波浪能资源最差。秋季(9—11月)和冬季(12—2月)月均波浪能流密度分别为5—24 k W/m和6—29 k W/m,春季(3—5月)和夏季(6—8月)分别为3—7 k W/m和1—6 k W/m。地形对波浪能量的辐聚作用明显,受岬角、岛屿、海底陡坡等因素影响,大洲岛、白鞍岛周边、大花角附近及白鞍岛以北部分近岸区域形成波浪能富集区。除9月外,年内其他时段能流密度变异系数都在2.8以下,9月能流密度变异系数在3.0—5.9之间。     

基于SWAN模式的成山头海域波浪能资源评估

采用中尺度大气模式MM5构建渤海、黄海和东海高时空分辨率风场,以此风场驱动第三代海浪数值模式SWAN,得到成山头海域1991年1月至2010年12月较高分辨率的波浪场,计算了成山头海域的波浪能流密度,综合考虑能流密度的大小和10个站位能流密度分级统计的特征等方面对成山头海域波浪能资源进行了研究,寻找该海域波浪能资源的相对优势区域,为波浪能海上测试场场址的选择提供科学依据。     

基于近20年的SWAN模式海浪模拟结果的南海波浪能分布、变化研究

由于南海海域地形复杂,岛屿众多,不可避免的会产生折射、变浅、绕射、波浪破碎、非线性波相互作用等近岸物理过程。因此采用以风场驱动的第三代海浪数值模式SWAN,可得到南海海域1986年1月至2005年12月较高分辨率的波浪场,计算了南海海域的波浪能流密度,综合考虑能流密度的大小和14个站位能流密度分级统计的特征等方面对南海海域波浪能资源进行了研究,寻找该海域波浪能资源的相对优势区域,为建立海上波浪能电站提供科学依据。     

浅水环境下波浪能能流密度计算方法研究

本文列举了3种波浪能能流密度计算方法,通过实测资料和数值模拟的实验,分析了3种方法在浅水环境中的适用性。分析得知,定义方法对浅水环境中的海浪特征考虑最为周全,计算结果最准确,但强烈依赖海浪谱的存在,适用面较窄;经验方法仅依赖常规海浪参数,对各种基础资料几乎都适用,但对波能能流密度的估计往往偏低,且不能明显反应出地形抬升对波能能流密度的汇聚效应;修正方法考虑了浅水的影响,通过适当的选取参数,可以给出较准确的结果,但对于大的波能能流密度值存在过高估计的问题。3种计算方法各有优劣,可以根据实际需要适当选择。     

全球海域波浪能资源评估的研究进展

日益严峻的资源危机、环境危机给人类的生存与可持续发展造成了严重威胁。安全、无污染、储量大、分布广、可再生等诸多优点使得波浪能资源成为时代的宠儿。高效展开海浪发电、海水淡化等波浪能开发工作,将有效促进人类社会的可持续发展。但是,波浪能资源的不稳定性、季节性和区域性差异也增加了其开发难度。资源开发,评估先行。文章首先分析了波浪能资源的优势与不足,探讨了国内外波浪能资源评估的研究进展,重点梳理了中国近海的波浪能资源评估现状,进一步展望了未来波浪能资源评估的焦点,期望可以为海浪发电、海水淡化等波浪能开发工作提供参考,缓解能源危机、环境危机,提高边远海岛的生存能力,为南海岛礁建设、"21世纪海上丝绸之路"建设、以及人类社会的共同繁荣进步尽绵薄之力。     

Study on wave energy resource assessing method based on altimeter data——A case study in Northwest Pacific

波浪能是一种重要的海洋可再生能源,在开发波浪能之前需要对波浪能的时空分布状况进行可靠的评估。高度计可以提供比海浪模式更为准确的海浪现场观测结果,可以作为波浪能资源评估的一种新的手段。高度计数据的优势在于对海浪有效波高的观测具有较高的精度。为了发挥高度计数据的特点和优势,实现高度计数据在波浪能资源评估研究中的应用,本文建立了一种适合于高度计数据的局部海域波浪能资源的评估方法,主要包括数据的选择和处理;评价指标体系的建立;区域等级划分标准的建立。然后,以西北太平洋为例论述了该方法的具体应用。研究表明:本文建立的评估方法可以有效的评估研究海域波浪能资源的储量和时空分布状况,可为波能电站的建站选址和波能转换装置的设计和运行提供科学的参考依据。     

钓鱼岛、黄岩岛海域风能及波浪能开发环境分析

利用模拟海浪数据、CCMP风场资料,对我国钓鱼岛、黄岩岛附近海域的波浪能、风能资源特征展开研究,为海浪发电、风力发电、海水淡化等资源开发工作提供参考,也期望可为解决我国维护海洋权益、海洋资源开发、在边远海岛驻军、军用/民用舰船在远洋活动的电力、淡水问题提供科学依据和辅助决策。此外本研究还就钓鱼岛、黄岩岛附近海域的风力等级频率、浪级频率、风向频率、波向频率等海洋环境特征进行统计分析,为海洋工程、防灾减灾等提供参考。结果表明:(1)钓鱼岛海域的风能密度呈单峰型月变化特征,年平均值为450 W·m-2,黄岩岛海域的风能密度呈"W"型月变化特征,年平均值为228 W·m-2;钓鱼岛年平均值波浪能流密度为14 kW·m-1,黄岩岛为11 kW·m-1;(2)钓鱼岛、黄岩岛海域的有效风速、可用波高、100W·m-2以上风能密度、2 kW·m-1以上波浪能流密度出现频率都整体较高,这对资源开发是很有利的;(3)1988—2010年期间,钓鱼岛、黄岩岛的风能密度、波浪能流密度整体呈递增趋势,这对风能、波浪能资源的开发也是有利的。(4)从资源的储量来看,钓鱼岛、黄岩岛蕴藏着丰富的波浪能、风能资源,且资源储量比我国沿海平均值丰富。综上,钓鱼岛、黄岩岛海域蕴藏着丰富的、适宜开发的风能、波浪能资源,实行海浪发电、风力发电、风浪联合发电、海水淡化等工作,将具有广阔的军事和经济前景。     

基于ERA-Interim再分析数据的近35年中国海域波浪能资源评估

波浪能是一种可再生能源,对波浪能资源进行可靠的评估是开发利用的前提。本文利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)ERA-Interim 1981-2015年0.125°×0.125°的较高分辨率的海浪场数据,计算了中国海域的波浪能流密度,采用波浪能流密度的富集度频率和变异系数评价了中国海域的波浪能资源,系统研究了波浪能流密度的季节特征及富集度特征。研究表明:(1)我国周边海域波浪能资源呈现非常明显的季节分布特征,秋冬季较丰富、春夏季较贫乏。(2)波浪能资源的丰富的海区为海南岛以东、广东省以南海域(即南海中北部),同时,台湾岛东部海域波浪能资源也较为丰富。(3)波浪能资源相对稳定的区域为台湾岛以东海域和南海中北部海域,其中冬季稳定性最好,夏季最差。(4)综合考虑到波能资源开发的特点,建议选择广东沿岸海域作为波浪能开发的重点海域。     

近45 年南海-北印度洋波浪能资源评估

利用 ERA-40海表10 m 风场驱动第三代海浪数值模式(WAVEWATCH-,Ⅲ简称 WW3),得到南海–北印度洋1957年9月~2002年8月的海浪资料,计算该海域的波浪能,分析波浪能流密度的四季分布特征、不同能级出现的频率及波浪能流密度的稳定性,为海浪发电、海水淡化等选址提供依据.研究发现,南海–北印度洋海域蕴藏着较为丰富的波浪能:(1)南海–北印度洋大部分海域的年平均波浪能流密度在2 kW/m 以上,大值区位于南海、孟加拉湾、索马里附近海域.(2)南海–北印度洋海域波浪能流密度大于2 kW/m 和大于4 kW/m 出现的频率都较高.(3)南海–北印度洋的波浪能流密度具有较好的稳定性,春季、秋季、冬季的稳定性好于夏季,南海的稳定性好于北印度洋     

基于SWAN模式的舟山海域波浪能资源的评估研究

利用ECMWF的ERA-Interim风场数据与GEBCO_2014系列的水深数据,基于近海海浪模式SWAN,对2007年1月—2017年12月舟山近海的海浪开展水平分辨率为0.01°×0.01°的精细化模拟。通过对波功率密度、能级频率、变异系数的计算,并结合有效波高及风场的变化特征,综合分析了舟山海域的波能分布特征、富集程度及稳定状况,从而为舟山海域波浪能资源的开发和利用提供科学依据。结果表明:(1)舟山海域的波浪能分布具有显著的地域和季节性变化特征,其中朱家尖东南方向海域的波浪能在夏季最为丰富,而东极岛东北方向海域的波浪能则在冬季最为丰富,这两个海域的年平均波功率分别为1.97 kW/m和1.73 kW/m;(2)舟山海域波浪能稳定性存在差异,东极岛东北方向的海域在冬季波浪能的稳定性较好,朱家尖东南方向的海域以及象山、岱山等地区的北侧海域在夏季波浪能稳定性最差;(3)东极岛东北方向海域的波浪能丰富程度以及稳定性均为最佳,该海域具有较好的波浪能开发前景。     

基于SAR海浪方向谱的中国海海浪特性研究

基于Hasselmanns提出的SAR反演海浪方向谱的MPI算法,对2003-2012年间的中国海Envisat ASAR波模式数据进行了海浪方向谱反演。统计由反演的海浪方向谱得到的海浪有效波高数据,依据海浪浪级的划分,分析了中国海海浪浪级的分布特点,获得一些有参考价值的结果:(1)中国海3-4级海况的年出现概率最高,达85%;(2)中国海累月不同浪级的海浪出现概率分布符合高斯分布函数:f(x)=a*exp(-((x-1-b)/c)^2);(3)分析上述高斯分布函数的拟合系数a、b、c,发现其分布也有一定规律性。同时应用反演得到的海浪有效波高、平均波周期、平均波向等数据,分析了中国海的海浪时空分布特性,得到一些可供参考的结果。     

波浪能开发利用区选划方法在OE-W01区块重点勘查区的应用

依据波浪能的开发技术特点,研究了波浪能开发利用区选划的原则、程序和方法。基于LAGFD—WAM海浪模式的资源评估和海洋功能区划,确定开发利用区备选区块,利用综合评价指标体系,进行打分,根据权重对备选区块进行综合评价,给出了综合评价的结果。依据评价结果决策,绘制波浪能重点开发利用区选划图,并提出相应的海洋能开发利用建议。其选划成果可为我国近海波浪能资源的开发利用规划提供决策依据,同时为海洋功能区划的修编提供技术支持。     

渤海海域冰水共存期的波能流密度推算

为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT (model coupling toolkit)耦合器将海冰模型、水动力学模型与波浪模型进行实时耦合。基于该方法模拟了渤海冬季寒潮大风期间的海冰以及波能流密度的演化。模拟结果表明,在2012年2月5~8日寒潮大风期间,结冰区域占到渤海总面积的1/3,约有76%的渤海海域的平均波能流密度受海冰影响减小,其中辽东湾近岸的波能流密度平均受冰影响最多减小了100%,而渤海湾和莱州湾近岸受冰影响最多分别减小了60%和50%。即使是无冰覆盖的老铁山水道,其波能流密度的最大值也受冰影响减少了14%。耦合模拟可以更为准确地对渤海冬季的波能流密度分布进行评估,为波浪能发电厂选址提供依据。     

深水波浪破碎与气体交换速率之间的关系

表面更新理论给出气体交换速率k与海面附近的海水湍动能耗散率呈1/4次方关系,而波浪能量耗散率Dt与湍动能耗散率密切相关。本文利用两种海浪谱耗散模型——Hasselmann模型和Phillips模型,结合深水浮标海浪频谱的观测数据计算了波浪能量耗散率。以前人给出的k与海面上10m高度处的风速U10关系式的平均值为标准,采用最小二乘的方法得到了k与Dt的经验关系。在此基础上,进一步利用SWAN和WAVEWATCHIII海浪数值模式计算了理想深水情况下的波浪能量耗散率,探讨了由海浪模式计算的波浪能量耗散率与气体交换速率之间的关系。结果表明,与SWAN模式相比,WAVEWATCHIII海浪数值模式结果与实际观测更为接近。     

波浪能发电

简称“波浪发电”。利用海面波浪的垂直运动、水平运动和海浪中水的压力变化产生的能量发电。海水中蕴藏着巨大的波浪能,若波高３ｍ,周期为７ｓ,每１ｍ宽的海面可提供６３ｋＷ的能量。波浪能发电一般是利用波浪的推动力,使波浪能转化为推动空气流动的压力（原理与风箱相同,只是用波浪作动力,水面代替活塞）,气流推动空气涡轮机叶片旋转而带动发电机发电。波浪发电自付诸实用以来,世界各国提出许多波浪发电的新设想和新技术,至今大约有３４０余种不同的方案。中国海岸线漫长,每年平均浪高２ｍ、波长１ｍ的时间可达６０００ｈ左右。…     

中国海1997年海浪灾害分析及 1998年海浪灾害预测

本文主要分析了１９９７年中国近海海浪灾害及灾害性海浪的特征,并对１９９８年中国海灾害性海浪出现天数进行了预测,以供沿海地区及从事海洋开发,渔业、交通运输等事业和企业部门参考。