我国海洋能资源的初步分析

本文给出了我国各类海洋能资源(潮汐、波浪、潮流、温差、盐差和海流能)蕴藏量粗略的估算结果。分析这些结果可得到我国海洋能资源的一般特征:1.蕴藏量丰富。总功率约在9亿千瓦这一数量级(不含外海波浪能)。其中以温差能为最多,约6亿千瓦以上。潮汐和波浪能居中,潮流和海流能较少。2.资源分布不均。外海的温差、海流和波浪能主要在东海和南海。沿岸的潮汐、波浪、盐差能和潮流能均以东海的浙江和福建沿岸最多,其次是南海的广东东部沿岸。3.资源量多随时间变化,除温差和海流能较为稳定外,潮汐和潮流以短周期(时、日、月)变化明显,规律性较强,可以较为准确地预报;盐差能季节和年际的长周期变化较大;波浪能既有剧烈的短周期(秒、分、时)变化,又有明显的季节变化。     

中国大陆沿岸波浪能分布初步研究

波浪能作为可持续利用的清洁能源,日益被人们所关注,本文基于WAVEWATCHⅢ全球波浪模式,建立了较高精度的中国沿岸海域波浪数学模型,重点对中国大陆沿岸-30m等深线上的波浪能分布进行了研究,在已有研究成果的基础上进一步细化了中国沿岸海域波浪能的时空分布规律,为合理开发、利用波浪能提供了一定的数据支持。研究认为,中国沿岸波浪能储量相对较小,南北分布以长江口为界,以南海域波能整体较大,波能季节性差异明显,在开发利用时,需要对工程区域的波浪能特征充分论证,科学合理地选用波浪能转化设备,防止造成巨大经济损失。     

我国沿海波能资源的估算

本文从宏观上对我国沿岸海区波浪能资源蕴藏量进行估算,为进一步开发,利用海洋波能提供初步信息。文中应用1978～1982年国家海洋局沿岸台站资料算得各海区波能分布特性、季节变化。结果表明,渤海沿岸波能密度平均为0.869kw/m,总能量为1.20×10~6kw;黄海沿岸平均为0.969kw/m,总能量为1.58×10~6kw;南海为0.948kw/m,总能量为2.0×10~6kw;以东海藏量最富,平均为7.31kw/m,总能量为7.1×10~6kw。各海区波能量均有明显的季节变化。     

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。     

成山角潮流基本特征

一、前言海洋能是一种无污染、价廉的再生性新能源。我国海域辽阔、海岸线漫长、沿岸海域中海峡、海角、海峡狭窄处和海岛之间有着丰富的海洋能资源。据初步估算:总功率可达九亿千瓦以上。海洋能是以温差能最多,其次是盐差能、波浪能和潮汐能,而海流能和潮流     

中国海域波浪能资源分布及波浪能发电装置适用性研究

首先全面综述了国内外波浪能资源开发利用现状,系统总结了目前国内外海洋波浪能资源发电技术中应用的主要波浪能资源开发装置及存在问题;基于ERA-Interim再分析数据,给出了中国海域的平均波浪能流密度和季节特征,从而获取高波能资源分布区域,得到了中国海域波浪能资源分布富集区域;结合不同海岸岸线及海底类型,综合给出了中国波能资源富集区域中发电装置适用建议、高峰发电季节。对提高我国波浪能资源开发利用、推动海洋可再生能源行业的发展具有重要意义,也为实用化、商业化海洋波浪能资源选址提供了科学依据。     

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。     

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。     

一种计算有限水深波能功率的新方法

海洋波浪能平均功率的准确计算是波浪能开发和利用的基础。实践中，波浪能转换装置一般安装在有限水深区域。对于随机波，只有当详尽的波浪谱已知的时候，有限水深区的波能功率才能被准确计算出来。由于种种原因，实践中波浪的实测数据大多以散点图或有义波高和统计波周期的形式给出，而波浪谱信息有时则很难获得。基于这种情况，传统上人们利用无限水深条件下的相关公式来估算有限水深区域的波能功率，但这种做法会造成较大的误差。本研究显示，对于50 m水深的理论波谱JONSWAP谱来说该误差高达14.6%。为了提高波能功率计算的准确性，本文提出了一种基于能量频率的一阶和二阶近似算法，可以在未知波浪谱的情况下较为准确地计算不同水深时的波能功率。针对两种理论波浪谱的计算结果表明，本方法在计算有限带宽内的波能功率时计算误差低于2.8%。     

一种铰接摆式波浪能转换装置结构性能分析及优化

对一种海底铰接摆式波浪能转换装置进行了模型建立及控制优化。分析了装置的水动力特性,考虑黏性阻尼,研究了压载和负载阻尼的控制对装置的波能转换功率和效率的影响。指出对海底铰接摆式波能转换装置而言,由于多数周期附加转动惯量较装置本身的转动惯量大很多,因此压载控制对波能转换功率和效率的影响较小,而负载阻尼的控制则表现出较好的效果和可行性。     

基于高分辨率数值模拟技术的近海波浪能资源评估

采用SWAN模型,对浙江中部近海海域进行了为期10 a的高分辨率波浪数值模拟,获得了年均波功率密度分布,同时讨论了波能在该海域的有效时长分布,通过对波功率密度的变异系数统计讨论了其稳定性,最后估算了该海域波浪能资源储量约为0.91×10～6kW。总体而言,在近海海域中,离岸较近的浅海海域波能资源较为贫乏,波功率密度大于2 kW/m的海域多分布于10 m等深线以外,其等值线与岸线趋于平行;离大陆较远的岛屿周边海域波能资源丰富,在初期波浪能开发利用阶段具有明显的优势;近岸海域波浪能有效时长约1 500 h,至鱼山列岛一线离岸较远海域约4 000 h;近海大部分海面波浪能变异系数约在2-3之间。     

基于长时间序列ERA-Interim再分析资料的广东沿海波浪能资源分布特征分析

波浪能的开发利用作为海洋可再生能源发展的重要组成部分,持续受到社会和学界的广泛关注。广东省波浪能资源的开发利用具有得天独厚的优势,但其发展水平还处于探索阶段,亟须进一步加强。本文利用长达40年(1979—2018年)的ERA-Interim再分析波浪资料,从总体分布特征上分析了广东沿海波浪能资源及其长期变化趋势。粤东-珠江口-粤西沿岸一线,波浪能资源呈现"低-高-低-高-低"的分布特征,具有显著的季节变化特征;长期变化趋势上呈现显著的逐年线性递增特征,递增速率为0.054 3 kW/(m·a),其中1979—1994年变化较为快速,2001—2018年变化较为平缓。     

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。     

点吸收式波浪能发电装置姿态特性分析

点吸收式波浪能发电装置是一种最简单的振荡体式波浪能发电装置, 但其安装成本高、生存能力较差。本文针对点吸收式波浪能发电装置的姿态稳定性问题, 开展了其在波浪作用下的运动姿态和发电功率之间的关系研究。首先介绍了点吸收波浪能发电装置的工作原理; 然后,根据我国南海海域的自然资源条件, 划定波况范围, 利用相似理论在实验室中模拟波浪参数,选定工况, 建立模型, 设计测量系统, 开展物理模型试验; 最后, 利用试验结果分析了发电装置的最佳发电周期、波高对装置发电功率的影响, 装置姿态对发电功率的影响等。本文为点吸收式波浪能发电装置设计及测试提供了参考。     

海岛周边波浪能资源精细化勘查与分布特征分析方法研究

为海岛供电，是波浪能开发利用技术的重要应用领域。在海岛周边波浪能资源开发利用之前，需对波浪能资源进行精细化勘查，并在此基础上准确分析掌握工程实施海域的波浪能资源特征，以便开展有针对性工程设计。本文以威海褚岛北部海域为研究目标，结合对历史数据和水动力理论分析，制定精细化勘查方案，并通过代表性验证试验，对方案进行修正，再应用修正后的方案对目标海域进行长期观测。该方法改进了传统的波浪观测方法，更适用于小区域波浪要素的精细化观测，且在保证观测质量的前提下，有效降低了观测成本。另一方面，针对波向四季变化明显，且海岛周边波浪受岛岸线反射和绕射影响且地形变化剧烈的特点，本文利用改进的SWAN（simulating waves nearshore）数值模型计算目标海域波浪能资源，并结合统计学方法，研究波浪能量随波向分布特征的计算分析方法，得出褚岛周边海域全年波浪能量随波向的分布特征。     

振荡水柱波浪能采集气室引浪通道CFD优化设计

振荡水柱(Oscillating water column,OWC)波浪能采集装置气室底部引浪通道对波浪能采集效率具有重要意义。基于流体动力学分析(CFD)技术研究OWC装置气室底部轮廓的优化问题,在ICEM CFD仿真分析系统中建立4种气室底部结构的二维引浪通道模型,应用FLUENT软件流体分相处理及明渠造波法和数值沙滩消波方法建立基于线性波浪理论的二维数值波浪水槽。仿真分析显示,圆形底部轮廓OWC气室较其它3种轮廓结构的气室墙壁受到压力小,形成的反射波小,波能损失小,气室出口速度快由此形成的气室压力大,波能转换效率高。     

福建沿海海域波浪能资源分析与评价

采用波浪模拟的方法,较准确计算得出福建沿海海域波浪能资源分布状况,并给出相应的分析和综合评价.主要结论如下:(1)福建沿海海域波浪能平均密度为2.6～7.3 kW/m,波浪能资源储量为2 210.45 MW,在我国沿海海域仅次于台湾和广东,是波浪能开发利用可以优先考虑的海区之一.(2)福建沿海海域波浪能资源储量的70%分布于平潭岛以北海域,其值达1 512.49 MW.其中,尤以北礵地区值最大,为378.80 MW.(3)以年平均波高为指标,福建沿海海域中东山区段为三类区,其他区段均为一类区和二类区,具有良好的开发前景.(4)福建沿海海域波浪能具有波功率密度低、资源分布广泛且不均匀、波功率密度随季节变化、能量具有多向性等分布特点.(5)基于福建波浪能的开发与利用现状,建议应优先着眼于解决边远海岛等特殊场所的用电问题.     

小知识

什么是波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的,它实质上是吸收了风能而形成的。波能装置波能装置利用波浪力做功,将波浪能转换成机械能。目前的波能装置大部分是振荡水柱式的。其好处在于透平、电机等较为脆弱的部分不与水接触,增加     

双浮子点吸收式波能转换装置参数研究

点吸收式波能转换装置是具有较好应用前景的一种波浪能开发利用装置,其参数设计直接影响到波浪能开发利用的可行性与有效性。作者针对青岛斋堂岛目标海域海况,通过数值模拟首先应用单因素敏感性分析法分析了双浮子点吸收式波能转换装置的结构尺寸、锚固形式、波流夹角、PTO阻尼、PTO刚度等参数对装置俘能功率的独立影响规律。之后考虑多参数的综合影响,通过运用稳健设计方法,以上述参数为控制因子并确定合理的变动水准,将俘能功率作为评价标准,选取合理的正交实验L矩阵,得到了不同参数组合情况下的装置俘能功率并进行统计分析。结果表明,浮子尺寸、PTO阻尼、波流夹角对装置俘能功率影响较大,而PTO刚度、锚链与铅垂线夹角、锚链与波浪在水平面内的夹角对俘能功率影响不明显。提出的参数研究方法可为其他海域点吸收式波能转换装置参数设计提供参考。     

后弯管波浪能利用技术及样机设计

分析总结了目前世界上发展的后弯管波浪能利用技术。历史资料表明,水槽规则波模型实验俘获宽度比最大值达到了79.1%,水池规则波实验最高值达到172.8%,而且都呈现较宽的通频带。水池随机波实验俘获宽度比平均值最高为52%。后弯管技术表现出优良的波浪能量转换特性。基于前期的研究基础,经过对模型的改进和水槽规则波实验,研究发现模型从波浪能到气动功率的俘获宽度比最高值达到了99%,远超过历史文献最好值79.1%。样机设计表明,基于后弯管技术发展的波浪能利用装置具有良好的经济性。