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CCMP再分析风场资料的南海海洋风能资源评估研究

本文利用ESE提供的1988—2011年CCMP再分析风场资料,计算了南海海域10 m高度的风功率密度、风速、有效风时等参数,分析了海洋风能资源时空分布特征,估算了南海海洋风能蕴藏量和技术可开发量。研究结果表明：南海海洋风资源呈现明显的季节分布特征,冬季资源最丰富,春秋季次之,夏季资源最贫乏;风能资源丰富区位于吕宋海峡—中南半岛东南海域一线,呈东北—西南走向,大值区为吕宋海峡附近海域,年平均风功率密度在吕宋海峡附近海域更是高达500 W/m²以上,有效风时大值中心位于中南半岛东部至海南岛东部海域超过7 800 h;南海海洋风能资源蕴藏量为5.70×10⁹k W,技术可开发量4.48×10⁹kW,采用固定式和浮式进行风力开发的面积为2.87×10⁵km²,占整个南海海洋风能资源技术可开发总面积的15.81%。     

“21世纪海上丝绸之路”风能资源时空变化评估

利用1979—2021 年的 ERA5 再分析资料,采用经验正交函数分解法、Mann-Kendall 趋势检验法等统计方法,对“21 世纪海上丝绸之路”相关海区的海表风场与风能密度的空间分布特征、季节变化特征以及长期变化趋势进行分析。结果表明：(1)研究海域风能密度在不同季节表现出很大的空间差异,夏季的阿拉伯海和孟加拉湾,冬季的中国南海,以及全年的热带南印度洋风能资源都极为丰富。(2)研究时段内,中国南海北部及附近海域、阿拉伯海西部、孟加拉湾西部以及热带西北印度洋风能密度等级整体较高。(3)研究海域的风能密度以年变化特征为主,其中中国南海风能密度的季节变幅最大且在春、秋两季表现出明显的转换特征。(4)在研究海区中,结合水深条件与风能密度时空变化特征的评估结果,可以重点关注台湾海峡、吕宋海峡、中南半岛东南沿海、阿拉伯海西部近岸海域及热带西北印度洋近岸大陆架海域风能资源的开发利用,加强其他海域风能资源的储备。此研究可为“21 世纪海上丝绸之路”风能资源的中长期开发规划提供依据。     

基于SODA资料的太平洋及我国周边海域温差能资源时空特征分析

基于简单海洋数据同化数据集的逐月再分析海温资料,对1971年1月至2010年12月共40年的太平洋及我国周边海域温差能资源的时空特征进行统计分析,得到以下主要结论:（1）温差季节变化特征明显,北半球的20℃等温差线从冬季到夏季可由20°N扩展到40°N,而南半球的温差受季节变化相对较小;温差能有效开采区域集中在30°S~40°N范围内,但纬向分布不均;可近似将气候态平均的20℃等温差线作为全年可开采区域的边界;（2）太平洋绝大部分海域的温差能等价深度呈逐年上升趋势,最大可达近2 m/a;温差能的变异系数具有明显季节变化特征但总体维持在较低水平,有效开采区域之内的变异系数在各季节均低于0.1;（3）我国温差能资源在南海及台湾以东海域最为丰富,其温差维持较高水平,能量密度总体呈逐年上升趋势,能量的稳定性较好且可实现全年有效开采,其最佳利用时间为5-7月,最差利用时间为2-3月;（4）太平洋温差能储量在TW量级,且以2.83 GW/a的趋势递增。     

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。     

SeaWiFS遥感资料分析中国海域气溶胶光学厚度的季节变化和分布特征

通过与地基气溶胶观测数据的对比,确认了SeaWiFS气溶胶光学厚度产品用于研究中国海域气溶胶分布和变化特征的有效性。在此基础上,分析了中国海域气溶胶光学厚度的季节变化和地理分布特征。研究结果表明,中国东部海域平均气溶胶光学厚度存在以中纬度为中心的纬向分布;受沙尘、季风气候的影响,中国海域气溶胶光学厚度存在季节变化,不同海区有不同的季节变化和分布特征。渤海、黄海及东海有类似的变化特征,春季都受到沙尘气溶胶的影响,使中国东部海域气溶胶光学厚度普遍高于0.160,且对东海的影响最大;夏、秋季逐渐减小,冬季有所回升。南海气溶胶光学厚度均值为0.150,随时间变化不明显,但地理分布变化显著;受季风气候的影响,从春季到冬季,气溶胶光学厚度高值中心从高纬海域向低纬海域转移,范围也逐渐扩大。冬季南海大部分海域气溶胶光学厚度都达到0.160以上,是整个中国海域冬季气溶胶光学厚度最大的海区。气溶胶光学厚度的季节变化和地理分布特征为研究中国海区域气候变化和海洋生态提供了依据。     

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。     

中国海域油气资源潜力分析与黄东海海域油气资源调查进展

2019年是青岛海洋地质研究所重建40周年。40年来,研究所根据公益性油气资源调查的基本定位,按照"立足黄东海、面向中国海、辐射全球海"的空间业务布局,紧密围绕国家和社会重大需求、瞄准国际海洋科技前沿,以摸清中国海域油气资源家底、掌握资源分布状况、实现新区新层系油气突破、服务国家能源战略和海洋强国战略为己任,持续开展了中国海域油气资源区域评价与黄东海盆地油气资源调查,大体分为海域及邻区沉积盆地对比研究、中国海域区域评价战略研究和黄东海海域新区新层系油气资源调查3个阶段。先后主持编制了中国海域沉积盆地分布图和油气资源勘探开发(动态)形势图,开展了海域及邻区含油气盆地对比、中国海域油气勘探开发形势动态分析和油气资源区域评价战略研究、黄东海海域油气资源调查研究与评价,取得了一批原创性的成果。主要体现在:①海域油气资源早期评价技术和沉积盆地深部地震探测技术取得突破性进展;②中国海域油气资源丰富,下一步的调查与勘探方向包括:新层系、近海天然气、富生烃凹陷潜山油气藏、南海深水油气、南海生物礁和非常规天然气;③明确了南黄海盆地的基底性质、海相盆地地层层序和构造区划、侏罗纪前陆盆地特征、海相盆地的油气地质条件和有利区带;④明确了东海中生代盆地的地层层序、盆地结构和两期盆地性质、"大东海"中生代地层分布特征、中生界油气地质条件和有利区带;⑤发现了南黄海古生界古油藏。上述成果和认识为海洋油气资源调查与勘探的下一步工作奠定了坚实的基础。     

南海沿岸近海地区大气特征分析

近年来气候变化使得局地大气特征发生明显变化,为了更好的研究南海海域气候特征,文章利用多年的南海区域站点观探测资料,采用统计分析的方法分析南海沿岸近海地区的温度、湿度等常规大气参数以及云、能见度等天气特征的时空分布特征,并统计了航空危险天气条件(低云量≥5成,云底高≤300 m且能见度1 km)出现的频率分布,为科研和海洋天气预报提供有力的数据支持。     

基于SLA和流场几何特征融合的中尺度涡识别算法

中尺度涡是海洋物质循环和能量传输的重要载体,针对海洋中尺度涡自动探测问题,基于涡旋的物理特征海表面高度异常,结合涡旋的流场几何特征构建了一套海洋涡旋自动探测算法。采用法国AVISO分布的海表面高度异常数据和地转流异常数据,将所构建的算法应用于南海中尺度涡旋探测。为对混合识别算法的涡旋探测结果进行评估,将人工检测的方法从表面速度矢量场中得到的涡旋中心作为真实涡旋中心进行精度验证。结果表明：混合识别算法的探测成功率SDR为91.7%,误判率EDR为7.63%,可以实现对海洋中尺度涡旋的自动探测,为研究海洋中尺度涡的时空分布特征提供数据支持。     

海洋温差能发电系统仿真平台开发及应用

构建海洋温差能发电系统仿真平台,对于开展该领域的技术研究具有重要意义。本文介绍了海洋温差能发电系统仿真平台研发技术,包括仿真系统热力循环模型和海水输送模型的构建、仿真平台的技术框架、仿真系统的特点及功能等,详细介绍朗肯循环各热力学过程的仿真计算模型,并利用该仿真平台分别计算了朗肯循环下9 种不同工质在海洋温差能发电系统中的运行效率,比较了它们之间的性能差异,给出了不同装机容量下的工质流量、温海水流量、冷海水流量及蒸发器、冷凝器的热负荷计算值。该成果为海洋温差能研究提供了一个有价值的仿真试验研究平台。     

海洋温差发电有机朗肯循环工质选择

为了筛选出适宜于海洋温差热力发电有机朗肯循环的工质.采用PR状态方程计算11种低沸点有机流体工质在闭式海洋温差有机朗肯循环中的热力性能.结果表明,随着工质临界温度升高,循环热效率总体呈上升趋势.正丁烷具有较高的循环热效率,其蒸发压力较低、凝汽压力比较适中,比较适合用作海洋温差发电有机朗肯循环的工质.     

基于Landsat-8数据的田湾核电站温排水分布研究

为研究潮汐变化对连云港田湾核电站邻近海域温排水时空分布与变化规律的影响,利用Landsat-8热红外数据,构建基于劈窗算法的温度反演模型,结合潮汐数据分析田湾核电站邻近海域的温排水分布规律。得出结论:基于Landsat-8数据的劈窗算法温度反演模型应用在田湾核电站邻近海域温排水的监测效果较好;潮汐运动直接影响田湾核电站温排水的时空分布与扩散方向,并呈现一定的规律性。本文的研究方法为核电站温排水常规性监测提供了一定的技术参考。     

海洋温差能开发特点及其对生态环境的影响方式

根据海洋温差能转换(OTEC)工艺过程的特点,分析了海洋温差能开发对海洋生态环境的特殊影响。认为大流量吸排水形成的大尺度水团在海洋中的重新分布,致使厂址周边海水的层化结构和环流结构以及海水盐度、溶解氧和营养水平等参数发生变化,进而对海洋环境造成很大改变,形成了OTEC技术特殊的环境影响方式。还着重分析了羽状流对初级生产力的影响,以及卷载和冲击对海洋生物的影响,分析归纳了海洋温差能开发生态环境影响的关键评价因子,对下一步的研究重点提出了建议。为未来开展洋温差能开发以及全面评价海洋温差能开发造成的生态环境影响提供技术参考。     

Specific power optimization of closed-cycle OTEC plants

The specific power of a simple irreversible closed-cycle OTEC power plant is analyzed and optimized. The plant uses a working fluid such as ammonia to produce power. Specific power is the net output per unit total heat exchanger surface area. Net output generated by the working fluid is obtained in terms of the rate of heat added to the working fluid from the warm surface ocean water, less the rate of heat removed from the working fluid to the cold deep ocean water. A time factor is added to iimulate the heat exchanges between the OTEC plant and its surroundings. A mathematical expression is derived for the specific power output of the irreversible OTEC heat engine. It is found that there is a bound on the specific power output. This bound provides the basis for a practical engineering effort towards maximizing the per unit time and per unit total heat exchanger area production of work in power plants whose heat transfer area is constrained by economic consideration.     

An estimate of Atlantic Ocean thermal energy conversion (OTEC) resources

An interhemispheric box model of the Atlantic thermohaline circulation (THC) is modified by replacing the tropical box with two vertically resolved sub-domains. Seawater flows from large-scale ocean thermal energy conversion (OTEC) are allowed in one of the tropical sub-domains. Under present conditions and standardized OTEC operations, steady-state net power production density would reach a maximum of about 80 kW/km² (corresponding to 1.8 TW) with a cold seawater withdrawal per unit area of about 14 m/yr. This maximum reflects the impact of large OTEC flows on the oceanic thermal structure, although the THC would not be significantly affected. It is larger than a recently suggested worldwide value of the order of 30 kW/km² because of the relative strength of the Atlantic THC. Under asymmetric high-latitude warming scenarios potentially representative of current climatic trends, a substantial weakening or a reversal of the THC are possible. In the former case, recoverable OTEC resources could practically vanish. In the latter case, the emergence of a stronger reverse THC eventually could boost OTEC resources. Such events are hypothetical and would unfold over centuries, but the mere possibility of their occurrence challenges the accepted notion that OTEC resources are forever renewable.     

新型海洋温差能回热循环热力学分析

针对海洋温差能可利用温差小,利用效率低的问题,本文提出了一种采用非共沸混合工质的新型海洋温差能回热循环,并基于热力学定律对提出的热力循环进行热力学分析。选取蒸发压力、工质的质量分数作为变量,对提出的热力循环进行热力学分析研究。研究结果表明：以工质质量分数为变量时,循环热效率和系统净输出随蒸发压力的增加先增大后减小,系统热效率在工质质量分数为0.91时取得最大值5.28%,净输出功在浓度为0.96时取得最大值3.83 kW。以蒸发压力为变量时,循环热效率和系统净输出随工质质量分数的增大先增大后减小,系统热效率在蒸发压力为0.595 MPa时取得最大值5.26%,净输出功在压力为0.58 MPa时取得最大值3.57 kW。在相同运行控制参数下与Uehara循环、Yoon循环进行对比,提出的循环系统热效率最佳。提出的热力循环系统分析结果可对提高海洋温差能利用效率提供理论依据和参考。     

基于陆海统筹的资源环境承载力评价方法探讨

海洋、海岸带蕴含的资源丰富,与人类生存发展息息相关。近年来,随着海洋经济的迅速增长,自然岸线和滨海湿地面积减少、生物多样性降低、典型生态系统受损、近岸海域灾害频发、渔业资源减少等问题日益显现。如何从战略高度提升海洋经济,开发和保护并举,确保海岸带、海洋资源取用合理是新时代的重要课题。陆地和海洋是生态系统不可分割的组成部分,开展陆海统筹的资源环境承载力评价是衡量区域经济发展与生态环境是否协调可持续发展的有效途径。文章系统地梳理了承载力概念的发展历程,对比了常用的海洋资源环境承载力评价方法,初步构建了陆海统筹的资源环境承载力评价指标体系,并提出使用熵值法来确定指标权重,采用状态空间评价模型或TOPSIS模型进行承载力综合评价,可以体现陆地和海洋相互影响、相互制约的关系,并具有较强的可操作性,评价结果可以反映区域资源环境承载力的空间差异或随时间变化情况,能够为海洋和海岸带保护利用提供有效借鉴。     

An energy conversion method in the ocean using the density difference of water

A new method which produces energy from the ocean by utilizing the density difference of water, by means of a “chimney effect”, is proposed. Density difference of water in the ocean occurs in two ways, namely differences of consistency and water temperature. For instance, fresh river and melting floes and icebergs are pointed out as some origins of the former, while thermal effects of volcanoes and hot springs may account for the latter. Furthermore, sunlight power transmitted into the sea through glass fibre power lines can be an artificial source in the latter case.This paper concentrates on regions near estuaries where low density river water can be piped into the high density ocean. An analysis estimates that the proposed method extracts energy of several thousands or more kW in the above case.