海洋潮流能资源估算方法研究进展

综述了近15 a来国内外海洋潮流能资源评估方法的研究进展,介绍了英国、美国和加拿大等发达国家的潮流能资源评估方案.重点比较和评述了现有的4种潮流能资源计算方法的特点、异同和优缺点,在此基础上,提出了我国近海海洋潮流能估算的思路.另外,还对国际上主要的潮流能开发装置进行了分类介绍.     

山东近海潮流能电场建设环境影响分析

文章介绍了国内外潮流能的开发现状,分析了山东省近海潮流能资源概况,结合山东省沿海区域的功能分区情况,论述近海潮流场建设可能对周边敏感目标造成的环境影响,提出了近海潮流场的建设应因地制宜, 以达到合理有序开发潮流能资源的目的。     

浙江沿岸和长江口区潮流能源及其开发利用

本文根据《全国海洋能资源区划技术规定》的要求,首先对浙江及长江口区沿岸潮流流速在2.5kn以上的港湾、水道进行了潮流能资源调查研究,并在查明该区潮流能资源蕴藏量及分布的基础上,为潮流能的开发利用提供了科学依据。此外,本文对潮流能资源开发利用的现状及今后开发研究问题提出了一些看法和建议。     

潮流能发电装置现状分析

潮流能是海洋新能源中相对稳定且可提前预报的一类,较传统的拦坝式潮汐能开发具有环境影响小、开发规模灵活等优点,其大力发展可为海岛经济发展和海洋观测设备提供能源。文章对潮流能发电技术的研究现状进行了总结分析,详细介绍了水平轴、垂直轴和其他形式潮流能发电装置的构造以及国际上主流装置的设计参数和试验示范情况,重点对比分析了不同类型潮流能发电装置的特点和技术参数,简要总结了我国潮流能示范电站安装运行情况,并对其装置类型、导流罩作用以及布放形式等内容进行了讨论,可为我国潮流能资源的开发利用和潮流能装置测试区建设提供科学参考和设计依据。     

灌门水道潮流能资源评估及开发条件初步分析

浙江舟山海域是我国沿海潮流能试验研究和开发利用的热点区域,灌门水道即舟山海域著名的强潮流通道。首先,通过建立平面二维潮流数学模型,分析研究了灌门水道的潮流能资源分布特征,估算了其潮流能资源蕴藏量和技术可开发利用量。其次,分析了在灌门水道开展潮流能开发利用所需要面临的各种限制因素,对潮流能发电示范项目的开发条件进行了初步分析评估。研究成果显示,灌门水道内的最大流速普遍超过3 m/s,平均能流密度普遍超过3 k W/m2,可作为在本区域开展潮流能开发利用选址规划的重要依据。     

基于实测数据的潮流能发电场机组布置方法

潮流能发电场是潮流能实现规模化产业化开发的必然选择,潮流能发电场机组布置及方法研究是潮流能发电场规划的关键,本文依据实际海域的潮流能资源勘查与地理水文测量数据,对潮流能发电场机组布置与规划方法进行了探讨,结合发电场的选址条件选定发电场的海域范围,确定水轮机的设计参数,按照水轮机最优排列间距,合理布局水轮机,优化水轮机安装数量,预测发电场年发电量,为实际海域潮流能资源利用提供了参考,为实现潮流能发电规模化商业化开发奠定了基础。     

山东省周边海域潮流能资源评估

采用基于三角形可变分辨率网格系统的三维海洋模型,模拟得到2012—2013年山东周边海域的潮汐潮流。对该海域潮流能进行模拟研究,结果表明:通过检验发现SELFE对山东周边海域的潮汐潮流具有较强的模拟能力。平均流速、最大流速、最大可能流速与能流密度分布一致,较大的区域都发生在渤海海峡和成山头海域,年平均能流密度分别达到600 W/m2和500 W/m2;选取了13个能流密度较大的重点断面,对山东省潮流能资源进行评估,山东省潮流能蕴藏量总量为1 202.9 MW,资源较为丰富。其中,渤海海峡诸水道潮流能蕴藏量为914.2MW,占山东省潮流能总资源储量的76%;成山角断面潮流能蕴藏量为190.3 MW,占山东省潮流能总资源储量的16%。综合以上计算结果及环境因素,文章推荐开发潮流能的海域为渤海海峡诸水道(尤其是北隍城北侧水道)和成山角海域。潮流能的开发利用对于解决能源短缺、改善全球生态环境和维持可持续发展具有重要意义,能够为我国维护海洋权益、迈向深蓝提供科学依据。     

开发潮流能——国家“八五”攻关项目潮流实施电站已启动

海洋潮流能的开发利用,在国际上至今尚还处试验阶段,国家科委和国家海洋局,为了加速开发海洋能源,利用潮流能源弥补海岛能源不足,实现多能互补。10kW潮流实验电站,被列为国家“八五”科技攻关项目内85—19—06—03。为此,哈尔滨船舶工程学院承担了这一研究项目。我国濒临太平洋,海疆辽阔,沿海潮流能资源较为丰富,尤其是舟山群岛的1339个大小岛屿星罗棋布,岛屿间水道众多,受地形影响,某些海滨水道由于缩窄效应导致潮流流速较大,潮流湍急,舟山潮流能资源丰富,为全国之最,具备开发利用潮流能的优越条件。根据调查资料统计,舟山的26条水道合计理论功     

舟山地区潮流能开发利用现状及对策建议

我国海疆辽阔,岛屿众多,潮流能源丰富。浙江省舟山海域是潮流能开发利用条件最为理想的地区,潜在用户与应用市场巨大。文章从资源状况、规划布局、专项成效等方面介绍舟山潮流能的发展现状,并提出促进舟山地区潮流能发展的对策建议。     

电动变桨式潮流能水轮机获能分析与应用

我国具有丰富的潮流能资源,但是存在潮流流速偏低、难以高效利用等问题。潮流能水轮机变桨距技术的利用,可有效提高潮流能资源利用效率。以提高潮流能水轮机高效获能为目标,分析了水轮机叶片桨距角对潮流能水轮机获能的影响规律,研究了水轮机变桨距技术原理及控制策略。在20 k W潮流能水轮机中运用了电动变桨距技术,根据潮流流速的不同,使用最大功率点追踪控制算法控制桨距角,并对机组运行过程进行实时测试。机组运行数据表明,与非变桨水轮机相比,变桨式潮流能水轮机可有效提高其获能效率。     

渤黄东海潮能通量与潮能耗散

利用同化高度计资料和沿岸验潮站资料对潮汐数值模式进行同化,根据同化后的数值模式结果,对渤黄东海中的潮能通量和潮能耗散进行了研究.M2分潮从太平洋进入渤黄东海的潮能为122.499GW,占4个主要分潮进入总量的79%.黄海是半日分潮潮能耗散的主要海区.全日分潮则主要耗散在东海.全日分潮在遇到陆坡的阻挡以后有一部分潮能沿着冲绳海槽向西南传播,并有一部分潮能反射回太平洋,其中O1分潮通过C3断面反射回太平洋的潮能,约占其传入东海潮能的44%.     

粤东甲子海域潮波异常和南海北部潮波的传播

从南海潮波数值模拟潮能通量的结果中,勾勒出南海北部潮波的传播路径,显示出众多的路径分支。分析表明南海北部陆架包括北部湾海区,仅获得太平洋传入潮能的一小部分,因而南海北部沿岸的潮汐潮流都表现得比较弱。由于复杂的地形,导致了潮波传播路径指向不同方向。文章通过实测资料以及潮波的传播路径,特别讨论了粤东甲子站附近的潮波异常现象,并指出流向台湾海峡南口的分支和流向珠江口、广州湾的分支之间的潮能辐散,可能是造成甲子站附近潮性系数特别大以及潮汐潮流性质迥异现象的重要原因之一。     

我国潮汐能开发利用前景展望

近年来,能源和环境问题一直制约着我国经济的发展。潮汐能作为一种洁净、无污染且可再生的能源,对其进行有效开发利用不失为一良策。文章总结了国内外潮汐能利用状况并简要介绍我国潮汐能开发利用的意义及其开发可行性情况。同时,指出我国潮汐能大规模开发利用所面临的问题,在此基础上,提出未来研究的方向并给出相应建议。     

适用于潮流能电站的新型模块式嵌岩灌注桩基础结构的应用

近年来,潮流能能量转换技术发展迅速,但大型潮流发电机组基础结构方面的研究和应用还并不多见。针对潮流能电站基础结构在抗弯抗剪强度、桩径尺寸方面的特殊要求,结合我国潮流能富集区海底多为浅覆盖层或裸露基岩、且地形复杂的情况,提出了一种新型模块式嵌岩灌注桩基础结构。该基础结构的嵌岩灌注桩通过在桩内布置环形钢板箍和钢筋束来增强抗剪抗弯能力,使其在常规桩径即可满足潮流能电站的支撑要求,减少了对发电水流断面的阻挡;各主体灌注桩可通过横撑、纵撑和斜撑连接构成模块式基础,以适应不同地形条件、不同机组数量和安装方式的要求。新型模块式嵌岩灌注桩基础结构在LHD联合动能公司3.4 MV潮流发电项目中进行了首次应用,获得了良好的使用反馈。     

南海吕宋海峡21°N附近多潜标观测的上层海流

为了了解潮流从西北太平洋经吕宋海峡进入南海内的变化及其垂向结构,本文利用在吕宋海峡附近沿东西方向布放的多套潜标同步获得的高分辨率ADCP长时间连续观测上层海流资料,使用调和分析方法将实测海流分解成3部分:不随时间变化的定常流、周期性潮流和剩余流,并将潮流分解为正压潮流和斜压潮流。通过对实测海流中各组分的分析,得到以下结论:该区域潮流类型在不同深度上有明显变化;M2潮自吕宋海峡传入南海后强度显著减弱75%左右,K1、O1分潮在上层强度减弱约三分之一。从垂向变化来看,在潮流强度上,各站点垂直方向上潮流强度均发生变化。从方向上看,各分潮潮流椭圆东西向特征明显,长轴变化较大,短轴(南北向特征)垂向变化不显著;潮流运动主要沿逆时针方向,垂直方向上潮流明显减弱或增强时会发生转向。斜压潮流主要集中在上表层,100m左右以下随深度逐渐减弱。东西方向斜压潮流能量比正压潮流强,而南北向的流比较稳定,且斜压潮流能量远小于正压潮流。定常流强度在各站点呈现相似的变化趋势,随深度变化减弱。     

The variability of internal tides in the Northern South China Sea

An array of three bottom-mounted ADCP moorings was deployed on the prevailing propagation path of strong internal tides for nearly 1 year across the continental slope in the northern South China Sea. These velocity measurements are used to study the intra-annual variability of diurnal and semidiurnal internal tidal energy in the region. A numerical model, the Luzon Strait Ocean Nowcast/Forecast System developed at the U.S. Naval Research Laboratory that covers the northern South China Sea and the Kuroshio, is used to interpret the observed variation of internal tidal energy on the Dongsha slope. Internal tides are generated primarily at the two submarine ridges in the Luzon Strait. At the western ridge generation site, the westward energy flux of the diurnal internal tide is sensitive to the stratification and isopycnal slope associated with the Kuroshio. The horizontal shear at the Kuroshio front does not modify the propagation path of either diurnal or semidiurnal tides because the relative vorticity of the Kuroshio in Luzon Strait is not strong enough to increase the effective inertial frequency to the intrinsic frequency of the internal tides. The variation of internal tidal energy on the continental slope and Dongsha plateau can be attributed to the variation in tidal beam propagation in the northern South China Sea.     

Numerical study of tidal dynamics in the South China Sea with adjoint method

We adopt a parameterized internal tide dissipation term to the two-dimensional (2-D) shallow water equations, and develop the corresponding adjoint model to investigate tidal dynamics in the South China Sea (SCS). The harmonic constants derived from 63 tidal gauge stations and 24 TOPEX/Poseidon (T/P) satellite altimeter crossover points are assimilated into the adjoint model to minimize the deviations of the simulated results and observations by optimizing the bottom friction coefficient and the internal tide dissipation coefficient. Tidal constituents M₂, S₂, K₁ and O₁ are simulated simultaneously. The numerical results (assimilating only tidal gauge data) agree well with T/P data showing that the model results are reliable. The co-tidal charts of M₂, S₂, K₁ and O₁ are obtained, which reflect the characteristics of tides in the SCS. The tidal energy flux is analyzed based on numerical results. The strongest tidal energy flux appears in the Luzon Strait (LS) for both semi-diurnal and diurnal tidal constituents. The analysis of tidal energy dissipation indicates that the bottom friction dissipation occurs mainly in shallow water area, meanwhile the internal tide dissipation is mainly concentrated in the LS and the deep basin of the SCS. The tidal energetics in the LS is examined showing that the tidal energy input closely balances the tidal energy dissipation.     

不考虑局地引潮势的南海正压潮能通量与潮能耗散

利用ECOM模式模拟南海正压M2、S2、K1、O1分潮, 对南海潮能通量及潮能耗散进行研究.结果显示, M2、S2、K1和O1分潮分别有38.93、5.77、29.73和28.97GW的能通量经吕宋海峡传入南海, 并有2.42、0.36、8.67和7.86GW的能通量由南海经卡里马塔海峡传入爪哇海.由东海及吕宋海峡西北部传入台湾海峡的M2分潮能通量为25.28GW.半日潮进入北部湾和泰国湾的能通量较少(6.52GW), 全日潮则较大(24.74GW).通过民都洛和巴拉巴克海峡断面, 全日潮由南海向苏禄海共输送12.28GW的能通量, 而半日潮则由苏禄海向南海输送1.92GW的能通量.由模式输出结果估计得到的南海各局部海域的底摩擦耗散与净潮能通量存在差异, 为使二者平衡, 可对南海不同海域的底摩擦系数进行调整.依净潮能通量与底摩擦耗散平衡关系计算得到台湾海峡、北部湾、泰国湾及南海深水海域的底摩擦系数分别为0.0023、0.0024、0.0023和0.0021.     

Temperature variability caused by internal tides in the coastal waters of east coast of Peninsular Malaysia

The effects of tidal currents (i.e., barotropic and internal tides) are important in the biogeochemistry of a coastal shelf sea. The high-frequency of currents and near-bottom temperatures collected in three consecutive southwest monsoon seasons (May, June, July and August of 2013 until 2015) is presented to reveal the role of the tidal currents to the temperature variability in the coastal shelf sea of the east coast of Peninsular Malaysia (ECPM), south of the South China Sea (SCS). The results of a spectral density and harmonic analysis demonstrate that the near-bottom temperature variability and the tidal currents are influenced by diurnal (O₁ and K₁) and semidiurnal (M₂) tidal currents. The spectral density of residual currents (detided data) at 5, 10 and 16 m depth also shows significant peaks at the diurnal tidal frequency (K₁) and small peaks at the semidiurnal tidal frequency (M₂) indicating the existence of internal tides. The result of the horizontal kinetic energy (HKE) shows a strong intermittent energy of internal tides in the ECPM with the strongest energy is found at 16 m depth during a sporadic cooling event in June and July. A high horizontal cross-shore heat flux (16 m) also indicates strong intrusions of cooler water into the ECPM in June and July. During the short duration of cold pulse water observed in June and July, a cross-wavelet analysis also reveals the strong relationship between the near-bottom temperatures and the internal tidal currents at the diurnal tidal frequency. The intrusion of this cooler water is probably related to the monsoon-induced upwelling in June. It is loosely interpreted that the interaction between the strong barotropic tides and the steep slope in the central basin of the SCS under the stratified condition in southwest monsoon has generated these internal tides. The dissipation of internal tides from the slope area probably has driven the cold-upwelled water into the ECPM coastal shelf sea when the upwelling intensity is the highest in June and July.