海上风电场水下噪声传播研究

发布时间：2017-10-06 05:09

  本文关键词：海上风电场水下噪声传播研究

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【摘要】：近年来,随着地球化石资源的不断枯竭和人类日益提高的环保意识,人们开始把发展的目光转向了清洁能源,而风能就是清洁能源中的重要组成部分,我国位于热带和亚热带季风气候区,风力资源十分丰富,具有大规模开发的潜力。我国政府相继出台了多条相关政策,大力推广海上风电场的建设,海上风电场越来越成为我国能源版图中的重要组成部分。但是海上风电工程在建设施工期和运营期会向海洋中辐射大规模的水下噪声,对海洋环境和海洋中水生生物造成危害,目前对于海上风电场噪声传播研究尚存在不足,因此开展这方面的研究就显得十分有必要。为了保护海洋环境和海洋生物,我们就必须对海上风电场建设施工期和运营期的水下噪声进行监测,分析施工和风机产生的水下噪声特性,分析噪声的传播衰减特性,分析噪声的传播影响范围,并提出相应的预防措施。本论文的主要内容为:1、研究了海上风电的发展概况以及海上风电机结构,对水下声传播模型和海上风电场施工期和运营期的研究进展进行了介绍,对海洋生物的声敏感特征研究进展进行了说明。2、研究了本文使用的水下噪声数据采集系统,对相关的数据处理软件matlab进行了介绍,介绍了本文使用的数据分析方法:短时傅里叶变换法和welch功率谱密度估计方法。3、研究了施工打桩过程,对施工期的噪声源进行了分析,得出施工期的声源级为236dB(re 1μPa)以及相应的谱源级,使用模型模拟和类比分析的方法对施工期打桩噪声进行了预测研究,得出了相应的海洋生物保护的安全距离,即选择500m作为对海洋哺乳动物行为产生干扰的警告区域范围和选择2500m作为石首鱼科安全距离。4、通过现场采集近海海上风电场工程区运营期风机水下噪声和背景噪声数据,计算了噪声信号的倍频带声压级,功率谱级和峰值声压级,确定了目标风机产生水下噪声的源强为144.4dB(re 1μPa),以此开展近海海上风电工程风机水下噪声频域特性、功率密度谱特性等研究。在此基础上使用Kraken简正波模型和Bellhop射线模型对风电场运营期风机水下噪声在水平与垂直方向上的传播进行模拟,模拟了噪声在不同频带内的衰减程度,结果显示模型模拟结果在不同频率下的衰减趋势有着很大差异,产生了明显的多途干涉现象,通过实测数据对建立的噪声传播模型进行验证,发现Kraken简正波模型在500Hz以下,Bellhop射线模型在500Hz以上适合模拟实际水下噪声传播情形,同时海区本身背景噪声的存在会对预测的准确性产生影响。
【关键词】：海上风电场 水下噪声 噪声传播模型 海洋生物
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TB53
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 引言9-18
• 1.1 研究背景和意义9-12
• 1.1.1 本文研究主要内容10-11
• 1.1.2 海上风电发展概况11-12
• 1.1.3 海上风机结构12
• 1.2 国内外研究进展12-18
• 1.2.1 声传播模型研究进展12-14
• 1.2.2 风机打桩噪声研究进展14-15
• 1.2.3 风机运营期水下噪声研究进展15
• 1.2.4 海洋生物的声敏感特征研究进展15-18
• 第二章 水下噪声信号的采集、分析和预测模型介绍18-26
• 2.1 数据采集系统18-19
• 2.2 数据分析软件及方法19-20
• 2.2.1 数据分析软件Matlab19
• 2.2.2 数据分析方法19-20
• 2.3 水下噪声预测模型20-26
• 2.3.1 简正波模型20-23
• 2.3.2 射线模型23-26
• 第三章 海上风电场施工期水下噪声传播研究26-42
• 3.1 研究区域26-27
• 3.2 海上风电场施工期行为分析及源强确定27-30
• 3.2.1 施工打桩过程27-28
• 3.2.2 施工期噪声源分析28
• 3.2.3 施工期噪声源强确定28-30
• 3.2.4 海上风电场工程区背景噪声分析30
• 3.3 施工期水下噪声预测和模拟30-39
• 3.3.1 预测目标30-31
• 3.3.2 预测方法31-32
• 3.3.3 预测结果32-39
• 3.4 施工期噪声对部分海洋生物影响39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 风电场运营期水下噪声传播研究42-52
• 4.1 研究区域42-43
• 4.2 海上风机运营期水下噪声的监测和分析43-45
• 4.2.1 海上风电场工程区背景噪声分析43
• 4.2.2 海上风机运营期水下噪声监测43
• 4.2.3 海上运营期水下噪声分析43-45
• 4.3 运营期水下噪声预测分析45-50
• 4.3.1 水下噪声传播模拟45-49
• 4.3.2 水下噪声模型适用性分析49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 总结与展望52-54
• 5.1 论文总结52
• 5.2 未来展望52-54
• 参考文献54-60
• 致谢60

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本文编号：980880