基于ERA5的黄渤海附近海域波浪能资源时空特征分析
发布时间：2022-01-20 10:41
波浪能资源是一种重要的海洋可再生能源,开发利用波浪能资源可以有效的缓解常规能源短缺问题带来的能源问题以及环境污染问题。对波浪能资源进行科学评估是进行海洋能资源利用的前提条件,本文利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF）第五代再分析数据集（ECMWFReanalysisv5ERA5）,采用新的波浪能评估公式,对黄渤海海域1980—2018年间波浪能资源展开评估,主要计算指标包括波浪能可开发量频率、富集量频率、变异系数以及可利用波高占比等,结果显示:黄渤海区波浪能资源具有明显的季节性,秋冬季节较高,春夏季节较低,冬季是波浪能资源开发的最佳季节;波浪能富集区域主要集中在渤海海峡外侧、成山头东部以及长江口外海区域。在此基础上确定了波浪能资源的重点开发利用区,为后续的波浪能开发提供参考。
【文章来源】：海洋与湖沼. 2020,51(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
随着kh的变化Fig.1Thechangeofλrespecttothechangeofkh
6期乔守文等:基于ERA5的黄渤海附近海域波浪能资源时空特征分析1355图8四季波能流密度的变异系数Fig.8Seasonalwavepowerdensityvariabilityindexdistribution图9年均波能流密度的变异系数分布Fig.9Distributionofvariabilityindextothemeanwavepowerdensity造成发电装置的损坏,例如台风浪,因此本文选择有效波高介于1—4m之间的波浪开展研究(图10)。春季,渤海可用波浪出现频率最大值集中在渤海中部,不超过20%。黄海分布呈现东南-西北走向,大部分区域可用波浪出现频率超过20%,最大不超过45%。夏季,渤海可用波浪频率较低,整体海域不超过10%;黄海大部分海域集中在20%以上,最大值在40%左右。秋季,可用波浪分布频率有所提高,渤海还最大值分布在中部,超过30%;黄海大部分海域超过30%,最大值可超过50%。冬季,可用波浪分布概率最大,渤海大部分海域超过30%;黄海大部分海域超过50%,最大处可达60%以上。黄海东南部海域四季都有开发价值,渤海冬季具有开发价值。3.7重点开发利用区根据刘首华等(2015)的定义,波能流密度介于0—1kW/m属于波浪能贫乏区,1—1.5kW/m属于可利用区,1.5kW/m以上属于波浪能丰富区。结合上述分析,本研究将成山头以东、渤海海峡外侧以及长江口外海海域作为重点开发利用区(图11黑框处),与图10可用波浪四季分布(单位:%)Fig.10Usablewavedistribution(unit:%)
6期乔守文等:基于ERA5的黄渤海附近海域波浪能资源时空特征分析1353夏期间年均波能流密度较校总的来看,渤海四季变化明显,整体仍低于黄海,春夏两季波能流密度不足2kW/m,秋冬最大值可超过4kW/m。黄海区域特征四季变化不大,数值变化特征与渤海类似。在春季,波能流密度的大值主要集中在:黄海南部附近海域(4—5kW/m);夏季波能流密度大值区域分布与春季类似,进入秋季,波能流密度的大值区与春夏两季分布相同,约6—8kW/m;长江口附近波能流密度相对较大,在10kW/m。对黄渤海而言,远海的波能流密度大于近岸,黄海东南部为波能流密度较大海区,具有较大的开发潜力;渤海中部及渤海海峡附近海域秋冬季节波能流密度相较其他季节而言比较丰富,具有开发价值。在冬季,黄海地区波能流密度大部分区域较大,数值变化呈现出东-西走向。图3四季波能流密度分布(单位:kW/m)Fig.3Thedistributionofseasonalwaveenergydensity(unit:kW/m)3.3新公式优越性分析渤海是我国水深最浅的海域,平均水深只有18m,在本文中,将渤海作为公式验证的区域。在渤海中,分别利用公式(6)和公式(8)计算39年波能流密度,将二者进行比值分析,结果见图4。在水深较浅的区域,深水公式出现了明显的高估;尤其在黄河入海口处,最大比值接近140%,在深水与浅水的过渡区,比值在90%—100%之间;在深水中,深水公式与浅水公图439年公式(6)与公式(8)比值(计算39a,单位:%)Fig.4Theratioofformula(6)toformula(8)for39years(unit:%)式比值基本为100%,说明在深水区域,二者计算得到的波能流密度基本相等。3.4能级频?
【参考文献】：
期刊论文
[1]ERA5再分析数据适用性初步评估[J]. 孟宪贵,郭俊建,韩永清. 海洋气象学报. 2018(01)
[2]基于ERA-Interim再分析数据的近35年中国海域波浪能资源评估[J]. 石洪源,尤再进,罗续业,胡聪,张鹏,宋雨泽. 海洋湖沼通报. 2017(06)
[3]山东省周边海域波浪能资源评估[J]. 刘首华,杨忠良,岳心阳,牟林,陈满春,王兴,高佳,周凯. 海洋学报. 2015(07)
[4]基于ERA-Interim高分辨率数据的中国东海南海波浪能评估[J]. 万勇,张杰,孟俊敏,王晶. 太阳能学报. 2015(05)
[5]基于近20年的SWAN模式海浪模拟结果的南海波浪能分布、变化研究[J]. 宗芳伊,吴克俭. 海洋湖沼通报. 2014(03)
[6]基于ERA-Interim再分析数据的OE-W01区块波浪能资源评估[J]. 万勇,张杰,孟俊敏,王晶. 资源科学. 2014(06)
[7]1988—2010年中国海域波浪能资源模拟及优势区域划分[J]. 郑崇伟,苏勤,刘铁军. 海洋学报(中文版). 2013(03)
[8]近22年南海波浪能资源模拟研究[J]. 郑崇伟,林刚,孙岩,杨松. 热带海洋学报. 2012(06)
[9]基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的近22年中国海波浪能资源评估[J]. 郑崇伟,李训强. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2011(11)
[10]海洋波浪信息资源评估系统的波力发电应用研究[J]. 任建莉,罗誉娅,陈俊杰,张雪梅,钟英杰. 可再生能源. 2009(03)
硕士论文
[1]我国波浪能开发利用可行性研究[D]. 管轶.中国海洋大学 2011
本文编号：3598677
【文章来源】：海洋与湖沼. 2020,51(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
随着kh的变化Fig.1Thechangeofλrespecttothechangeofkh
6期乔守文等:基于ERA5的黄渤海附近海域波浪能资源时空特征分析1355图8四季波能流密度的变异系数Fig.8Seasonalwavepowerdensityvariabilityindexdistribution图9年均波能流密度的变异系数分布Fig.9Distributionofvariabilityindextothemeanwavepowerdensity造成发电装置的损坏,例如台风浪,因此本文选择有效波高介于1—4m之间的波浪开展研究(图10)。春季,渤海可用波浪出现频率最大值集中在渤海中部,不超过20%。黄海分布呈现东南-西北走向,大部分区域可用波浪出现频率超过20%,最大不超过45%。夏季,渤海可用波浪频率较低,整体海域不超过10%;黄海大部分海域集中在20%以上,最大值在40%左右。秋季,可用波浪分布频率有所提高,渤海还最大值分布在中部,超过30%;黄海大部分海域超过30%,最大值可超过50%。冬季,可用波浪分布概率最大,渤海大部分海域超过30%;黄海大部分海域超过50%,最大处可达60%以上。黄海东南部海域四季都有开发价值,渤海冬季具有开发价值。3.7重点开发利用区根据刘首华等(2015)的定义,波能流密度介于0—1kW/m属于波浪能贫乏区,1—1.5kW/m属于可利用区,1.5kW/m以上属于波浪能丰富区。结合上述分析,本研究将成山头以东、渤海海峡外侧以及长江口外海海域作为重点开发利用区(图11黑框处),与图10可用波浪四季分布(单位:%)Fig.10Usablewavedistribution(unit:%)
6期乔守文等:基于ERA5的黄渤海附近海域波浪能资源时空特征分析1353夏期间年均波能流密度较校总的来看,渤海四季变化明显,整体仍低于黄海,春夏两季波能流密度不足2kW/m,秋冬最大值可超过4kW/m。黄海区域特征四季变化不大,数值变化特征与渤海类似。在春季,波能流密度的大值主要集中在:黄海南部附近海域(4—5kW/m);夏季波能流密度大值区域分布与春季类似,进入秋季,波能流密度的大值区与春夏两季分布相同,约6—8kW/m;长江口附近波能流密度相对较大,在10kW/m。对黄渤海而言,远海的波能流密度大于近岸,黄海东南部为波能流密度较大海区,具有较大的开发潜力;渤海中部及渤海海峡附近海域秋冬季节波能流密度相较其他季节而言比较丰富,具有开发价值。在冬季,黄海地区波能流密度大部分区域较大,数值变化呈现出东-西走向。图3四季波能流密度分布(单位:kW/m)Fig.3Thedistributionofseasonalwaveenergydensity(unit:kW/m)3.3新公式优越性分析渤海是我国水深最浅的海域,平均水深只有18m,在本文中,将渤海作为公式验证的区域。在渤海中,分别利用公式(6)和公式(8)计算39年波能流密度,将二者进行比值分析,结果见图4。在水深较浅的区域,深水公式出现了明显的高估;尤其在黄河入海口处,最大比值接近140%,在深水与浅水的过渡区,比值在90%—100%之间;在深水中,深水公式与浅水公图439年公式(6)与公式(8)比值(计算39a,单位:%)Fig.4Theratioofformula(6)toformula(8)for39years(unit:%)式比值基本为100%,说明在深水区域,二者计算得到的波能流密度基本相等。3.4能级频?
【参考文献】：
期刊论文
[1]ERA5再分析数据适用性初步评估[J]. 孟宪贵,郭俊建,韩永清. 海洋气象学报. 2018(01)
[2]基于ERA-Interim再分析数据的近35年中国海域波浪能资源评估[J]. 石洪源,尤再进,罗续业,胡聪,张鹏,宋雨泽. 海洋湖沼通报. 2017(06)
[3]山东省周边海域波浪能资源评估[J]. 刘首华,杨忠良,岳心阳,牟林,陈满春,王兴,高佳,周凯. 海洋学报. 2015(07)
[4]基于ERA-Interim高分辨率数据的中国东海南海波浪能评估[J]. 万勇,张杰,孟俊敏,王晶. 太阳能学报. 2015(05)
[5]基于近20年的SWAN模式海浪模拟结果的南海波浪能分布、变化研究[J]. 宗芳伊,吴克俭. 海洋湖沼通报. 2014(03)
[6]基于ERA-Interim再分析数据的OE-W01区块波浪能资源评估[J]. 万勇,张杰,孟俊敏,王晶. 资源科学. 2014(06)
[7]1988—2010年中国海域波浪能资源模拟及优势区域划分[J]. 郑崇伟,苏勤,刘铁军. 海洋学报(中文版). 2013(03)
[8]近22年南海波浪能资源模拟研究[J]. 郑崇伟,林刚,孙岩,杨松. 热带海洋学报. 2012(06)
[9]基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的近22年中国海波浪能资源评估[J]. 郑崇伟,李训强. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2011(11)
[10]海洋波浪信息资源评估系统的波力发电应用研究[J]. 任建莉,罗誉娅,陈俊杰,张雪梅,钟英杰. 可再生能源. 2009(03)
硕士论文
[1]我国波浪能开发利用可行性研究[D]. 管轶.中国海洋大学 2011
本文编号：3598677
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