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。     

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     

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。     

宁德沿海风能和波浪能资源评估

收集了宁德沿海2011年9月-2012年8月1周年的风和波浪连续观测资料,并对该海域的风和波浪特征进行了统计分析。该海域观测期间内全年平均风速年均为7.2m/s,平均有效波高为1.04m。常风向为NNE向,强风向为NE向。常浪向为E向,强浪向为E向。根据风和波浪场数据对宁德沿海的风能和波浪能进行评估,评估结果发现宁德沿海的风能和波浪能蕴藏量较丰富,年平均风能密度能达到411W/m^2,平均波浪能密度能达到2.6kW/m。对研究海域重现期波浪极值进行了推算,受东侧四礵列岛阻挡,宁德沿海南部海域主要受SE向波浪影响,北部海域主要受E向波浪影响。若对宁德沿海进行新能源开发,可以进行风能和波浪能的联合开发利用。     

海南东方近岸海域海浪观测特征研究

利用海南东方近岸海域2014年至2015年间一整年的海浪观测资料, 分析了海浪的时间变化特征。观测时间段内, 有效波高最大值为4.03m, 平均值0.79m; 平均周期最大值为6.32s, 平均值为3.58s。该海域冬季波高较大, 秋季最小, 常浪向为SSW方向, 强浪向为WSW向。基于该长期观测数据, 文章亦研究了平均周期、有效波高之间的关系, 同时还确立了该海域波高与平均持续时间之间的关系。最后讨论了观测时间段内波浪能流密度的变化特征, 发现一年中能流密度大于2kW·m^-1的频率为26%, 且从全年的计算结果来看, 观测位置处12月的波浪能较适宜开发, 但总体波浪能资源不够丰富。文章对于认识海南东方近岸海域波浪特征以及工程设计都具有重要的意义。     

基于CCMP风场的中国近海风能资源的长期变化分析

基于1988—2009年高时空分辨率的CCMP风场资料,分析了中国海及周边海域风能密度的分布特征,给出了这些海域风能密度的整体变化趋势、变化趋势的区域性差异和季节性差异,以期为风能资源开发工作提供科学依据。结果表明:(1)中国海及周边海域风能密度大值区主要分布于琉球群岛-台湾岛-南海大风区一线,呈东北-西南向带状分布,年平均风能密度能达到450 W/m~2以上。渤海、渤海海峡、黄海北部的年平均风能密度基本在200 W/m~2以内;黄海中南部为200~350 W/m~2;东海基本都在300 W/m~2以上;5°N以北的南海大部分海域的风能密度基本都在200 W/m~2以上;(2)近22 a期间,该区域的风能密度整体上以4.1637 W/(m2·yr)的速度逐年递增;(3)中国海及周边海域大范围海域的风能密度表现出显著性逐年线性递增趋势,同时也表现出较大的区域性差异,仅部分零星海域的风能密度表现出显著性递减趋势;(4)中国海及周边海域风能密度的变化趋势在近22 a期间表现出很大的季节性差异。冬季的递增趋势最为强劲,呈递增趋势的区域范围夜最广,春季次之,夏季和秋季呈显著性递增的区域范围相对较小。     

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CCMP卫星资料的中国海域风能资源分析

基于1988—2011年CCMP卫星资料对中国海域的风能资源进行分析评估,研究中国海域风能资源的空间格局及气候变化特征,并进行风能资源区划。研究结果表明:(1)中国海域年风功率密度各海域分布在79.2(琼州海峡)~465.8(巴士海峡)W/m~2,其中东海南部、南海东北部和巴士海峡的年平均风功率密度大于400 W/m~2,其次为南海中东部、东海北部、台湾海峡、台湾以东洋面(300~400 W/m~2),渤海海峡、黄海北部、北部湾、渤海和琼州海峡的风功率密度在200 W/m~2以下;(2)DJF期间,中国海区风功率密度平均值最大(412.5 W/m2),大值区的风功率密度达800~1000W/m~2;JJA期间,中国海域风功率密度平均值最小(159.4 W/m~2);(3)1988—2011年中国各海区风功能密度上升趋势为20.8(琼州海峡)~124.7(台湾海峡)W/(m~2?10 a),除南海西南部和南海东南部海区外,其他海区的变化趋势均通过了0.05的显著性检验;(4)中国海域风能资源分区结果表明,中国海区超过80%的海区适合并网风力发电,其中非常适合的海域占海区面积的62.3%。在风电开发技术可控范围内(水深5~50 m),台湾海峡、南海东北近海海区(水深0~50 m)风能资源最丰富,最高处达490 W/m~2,其次是东海北部近海海区(水深20~50 m),风功率密度达300~350 W/m~2。     

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。     

潮流能发电装置在航标灯供能中的应用与仿真研究

通过对比几种可再生能源的优缺点,提出了一种专供水中航标灯使用的垂直轴潮流能发电装置。该装置使用一套上下共轴反置的Savonius叶轮作为捕能装置。当水流流过时,叶轮转动并带动发电机发电。为了提高Savonius叶轮的发电效率,对叶片进行了流体仿真优化,得出2叶片Savonius叶轮受到更大阻力和转矩的结论。最后设计了整体结构图,该装置安装在航标灯上可以利用潮流、水流进行发电,以实现航标灯对电能需求的自给自足。     

基于海上风电产业发展的风电机维修市场

为促进海上风电产业和风电机维修市场的发展,文章概述风电及其产业的发展状况以及海上风电产业发展的主要地区,分析海上风电机维修市场的需求、特点和潜力,并提出该领域的投资建议。研究结果表明:风电具有巨大的经济、社会和环境效益,是全球发展的重点领域;欧洲、亚洲和美国等是海上风电产业发展的主要地区,其中欧洲发展最早和最好;由于海上风电机结构复杂和所处环境恶劣,维修市场需求旺盛;目前全球海上风电机维修市场具有地区不均衡、核心技术垄断和处于蓝海期的特点,在部件和工具及其供应链供给、运维船制造、智能化产品服务以及人员技能培训等方面具有发展潜力;海上风电机维修市场的自身潜力和辐射效应较大,市场前景广阔,该领域的投资应关注其优势、劣势、机遇和风险。     

岭澳核电站厂址转移和定位

在广东第二核电站确定在深圳市岭澳地区建设后, 广东省电力设计研究院进一步分析了岭澳地区内各候选地点的特点, 果断地提出厂址由原先推荐的岭澳东移至岭澳西, 并据此完成了项目的可行性研究。实践证明： 厂址转移工作是成功的, 将带来巨大的社会效益。特大型工矿企业的定位是基本建设中的一项战略部署, 本文以岭澳核电站为例, 就厂址转移的原因、工作思路及工作过程作了具体的论述     

波浪能发电技术的研究现状与发展前景

海洋波浪能由于具有可再生、绿色环保和储量丰富的特点,已经引起越来越多国家的重视。文中介绍了波浪能的定义、成因和特点,对波浪能发电装置进行分类总结,阐述各类装置工作原理及特点。基于上述总结,分析了波浪发电装置需要解决的问题,对世界波浪能发电装置发展进行展望。     

波浪能发电装置的发展与展望

海洋中所蕴藏的波浪能源因为其环保性和可持续性等特点,已经得到越来越多国家和地区的关注,并取得了一定的研究成果。通过对波浪能发电装置的分类,对当今主流的4种发电装置进行了分析,并在此基础上对世界主要波浪能开发强国和我国的发展状况进行了梳理。基于上述,对今后世界波浪能发电装置的发展与研制方向进行了展望,并指出了亟待解决的几个问题,具有一定的应用价值。     

Wave Power Focusing due to the Bragg Resonance

Wave energy has drawn much attention as an achievable way to exploit the renewable energy. At present, in order to enhance the wave energy extraction, most efforts have been concentrated on optimizing the wave energy convertor and the power take-off system mechanically and electrically. However, focusing the wave power in specific wave field could also be an alternative to improve the wave energy extraction. In this experimental study, the Bragg resonance effect is applied to focus the wave energy. Because the Bragg resonance effect of the rippled bottom largely amplifies the wave reflection, leading to a significant increase of wave focusing. Achieved with an energy conversion system consisting of a point absorber and a permanent magnet single phase linear motor, the wave energy extracted in the wave flume with and without Bragg resonance effect was measured and compared quantitatively in experiment. It shows that energy extraction by a point absorber from a standing wave field resulted from Bragg resonance effect can be remarkably increased compared with that from a propagating wave field (without Bragg resonance effect).     

论我国深海工程装备的发展与海洋强国的崛起

国家的生存与经济发展离不开能源、资源的支撑。文章通过对我国能源、资源日益紧缺的分析报道,阐述了发展海洋工程装备、开发深海资源的重大意义。提出了大力发展深海工程装备、走向深海大洋维护国家安全与权益、开发深海资源是海洋强国崛起的必然选择。     

Investigation on the Oscillating Buoy Wave Power Device

An oscillating buoy wave power device (OD) is a device extracting wave power by an oscillating buoy. Being excited by waves, the buoy heaves up and down to convert wave energy into electricity by means of a mechanical or hydraulic device. Compared with an Oscillating Water Column (OWC) wave power device, the OD has the same capture vvidth ratio as the OWC does, but much higher secondary conversion efficiency. Moreover, the chamber of the OWC, which is the most expensive and difficult part to be built, is not necessary for the OD, so it is easier to construct an OD. In this paper, a nu-merical calculation is conducted for an optimal design of the OD firstly, then a model of the device is built and, a model test is carried out in a wave tank. The results show that the total efficiency of the OD is much higher than that of the OWC and that the OD is a promising wave power device.     

鸭式波浪能转换装置的水动力特性及效率研究

为了更加切合实际地研究鸭式波浪能转换装置的水动力特性及效率,考虑了鸭式装置可绕定轴转动以及装置的附加质量和附加阻尼,以ANSYS14.0软件为平台建立二维数值波浪水槽,对装置在不同波浪条件作用下的受力情况与运动情况进行了数值模拟与分析。结果表明:(1)在相同波高条件下,随着波浪周期的增大,装置受到的水动力力矩增大,转换效率下降,转换效率最高可达到70%;(2)在相同周期条件下,随着波高的增大,鸭式装置受到的水动力力矩也随之增加,波浪在经过装置后波高会发生衰减;(3)装置转换效率总体可维持在70%左右,但由于波峰到达装置时会有部分波浪从其顶部越过,随着波浪波高增大转换效率缓慢下降。为该装置的实际应用提供理论支持。     

海洋能源获取、传输与管理综述

海洋能源获取、传输与管理是实现海洋透明化的关键技术。以能源获取的方式进行分类调研,分析探讨国内外海洋能源的获取、传输与能源管理方法,以及各个方式的优缺点,并对能源获取、传输与管理进行核心技术分解,对比我国研究现状得出各个技术与国外现有差距,预测我国在该技术领域的未来发展趋势。