波浪能资源评估方法研究——以担杆岛为例.pdf

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1、第43卷第7期2013年7月中国海洋大学学报PERl0DICAL0F0CEANUNIVERSITYOFCHINA43(7)：089～093Jul．，2013波浪能资源评估方法研究——以担杆岛为例史宏达1’2，马哲1，梁丙臣1，孙龙龙3，刘臻1(1．中国海洋大学工程学院，山东青岛266100；2中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室，山东青岛266100；3．青岛行远海洋工程设计研究有限公司，山东青岛266075)摘要：在波浪能发电装置研发过程中，对目标点及目标海域能量值的评估是前期先行的重要工作。本文研究的波浪能资源评估方法既可为波浪发电装置研发服务又可有针对性的调查海区资源分布状

2、况。该方法首先对目标海区的波浪场进行数值模拟，根据模拟数据，应用波功率计算公式及修正系数评估目标海区及目标点的波浪资源。本文以中国南海担杆岛附近海域为例，应用该方法获得计算区域内的季平均波能功率密度分布及年平均波能功率密度分布，以及近岸工程点处的波功率密度时程曲线。关键词：波浪能；资源评估；数值模拟；修正系数中图法分类号：P751文献标志码：A文章编号：1672—5174(2013)07—089—05近年来，随着全球气候变暖，环境压力日益增大。化石能源的消耗(特别是煤炭的使用)是造成大气环境污染的主要来源。寻找一种新型可再生能源代替传统能源，已经成为人们关注的重点。波浪能是一种具

3、有高能量密度的可再生能源，相较于其他可再生能源对环境的影响较小[1]。如何有效的从海浪中提取能量，人们在合理解决这一问题过程中面临着多项技术和实践上的挑战。在波能转换装置的研究过程中，首先要做的是对所研究海域长期和短期的可利用波能进行有效可靠的评估[2]。在中国，到目前为止，波浪能的评估只由全球波浪模型给出[3]，能源评估细节方面存在着明显的不足。本文提出的波能评估方法既是以波浪场的数值模拟为基础，根据模拟数据，应用波功率计算公式及修正系数评估目标海区及目标点的波浪资源，通过对工程点处全年波能功率密度变化分析，为装置的海试寻得合适地点和时间。通常，波能转换装置多被放置在近岸海区，

4、而近岸海区的波浪场又是较为复杂的，原因在于波浪传播到近岸，要经历波浪的浅水变形、折射、反射、衍射等多种作用。为了解决这些问题，必须有与之相适用的波浪模型对波浪场进行模拟。SWAN模型全面考虑了波浪浅化、折射、反射、底摩擦、破碎、白浪、风能输入及波浪非线性效应，且此模型已被广泛应用于波浪由深水至浅水传播的模拟[4书]。能量评估方法根据不同的数据形式可分为两大类：针对目标点瞬时数据的评估方法和基于波浪场数值模拟的评估方法。DagMyrhaug基于波高和周期的联合分布，推导出针对目标点瞬时数据的波高和波功率及周期和波功率的联合分布，从而得出目标点的波功率值及波功率随波高、周期的分布情况

5、。AmirHIzadparast[21根据不同的波高和周期的联合分布对该方法进行了改进，同时提出谱宽对于能量分布的影响。该方法的局限性：①由于波高和周期的联合分布概率密度函数多为经验公式，其准确性有待考量。②无法实现对既选海区能量分布的评估。在对即选海区进行能量调查分析时，由于考虑到波浪的传播过程，目前多对海区内波浪场应用SwAN模型进行数值模拟，根据边界条件和网格划分，得出计算区域内波高、波周期、波浪行进方向等要素，通过选取的波功率公式得出目标海区的能量分布状况。但对目标点的评估受限于波功率公式的选取。本文提出的方法结合了两种方法的优点，是通过SWAN模型实现对目标海区的能量评

6、估，再应用AmirHIzadparast提出的公式，对目标点的波功率值进行修正。以中国南海担杆岛为工程实例，对其周边海域进行波能资源评估。采用担杆岛东南侧的波浪浮标资料作为验证数据，并分别选取了担杆岛南侧近岸与外海两处作为装置投放预备点。其中，验证点D点的坐标为：114。25”E，22。31731”N。投放预备点A、B的坐标分别为：A点114。18’06”E，22。01756”N，B点基金项目：国际合作项目一海洋能的能互补智能供电系统关键技术联合研发(2010DFB64030)；海洋可再生能源专项组合型振荡浮子波能发电装置的研究与试验(GHME2011BL04)资助收稿日期：20

7、12—07—10；修订日期：2012—11-20作者简介：史宏达(1967一)，男，教授。Email：hd—shi@OUC．edu．cnq海洋大学学报114。16’00”E，22。01748”N，(见图1)。图1预备投放点及验证点位置

8、冬lFig．1Interestingandverificationpointpositionschematicdiagram1波浪场模拟方法[7]本文采用SWAN模型对波浪场进行模拟。由于流的存在，浪与流之间存在能量交换，所以该模式中控制方程采用考