浙江省海域的波浪数值模拟与波浪能资源分析

【摘要】：目前关于波浪能的研究主要集中在发电装置上,随着波浪能进入大规模开发和商业化阶段,急需加强波浪能资源分析方面的研究。本文利用波浪数值模式计算浙江省海域的波浪场,并对海域内的波浪能资源进行分析。首先,对SWAN模式进行改进,提高模式在浙江沿海海域的计算精度；然后,研究有限水深波对能流密度计算的影响,并对浙江沿海海域波浪能进行精细化的分析；最后,基于振荡水柱式波能装置研究浙江沿海海波浪能资源的分布特征。本文的主要工作和成果如下： (1)为检验QSCAT/NCEP风场的精度,将其与ECMWF风矢量数据对比。结果显示两种数据的标准误差在1.35m/s以下,相关系数在0.85以上,误差在合理范围内,QSCAT/NCEP风场可以作为SWAN模式的驱动风场。 (2)利用JASON-1卫星观测数据验证SWAN模式在南黄海海域计算的有效波高,发现模式计算结果与卫星数据的最大标准误差为0.31m,最低相关系数仅为0.69。通过数值试验对SWAN模式的白浪耗参数进行修正,将模式计算的有效波高与卫星观测数据的标准误差减小一半以上,相关系数提高到0.85以上。 (3)改进SWAN模式的白浪耗散项和底摩擦项,用JASON-1卫星观测数据和嵊山海洋站实测数据检验改进后模式的计算精度。发现改进后模式计算的有效波高与JASON-1数据的标准误差减小57.5%以上,相关系数提高22.2%以上,与嵊山站数据的标准差减小62.5%,相关系数提高15.3%；改进后模式计算的平均周期与嵊山站数据的标准误差减小53.3%,相关系数提高24.5%。 (4)研究了有限水深波对能流密度计算的影响,发现有限水深波仅对海岸线附近和杭州湾内的能流密度计算有影响。利用深水波能流密度公式计算浙江沿海海域的平均能流密度,并对分析其月变化特征、能级频率和稳定性,发现舟山群岛附近海域和西南离岸海域的波浪能储量较高,稳定性较好,适合进行波浪能开发。 (5)结合振荡水柱式波能装置研究了浙江沿海海域的波浪能资源分布,发现基于装置的输出功率分布特征与海域内的能流密度分布特征存在差别。波浪能资源分析对波浪能开发具有一定的指导意义,在波浪能发电装置确定后,应结合装置特性对波浪能进行进一步分析,以找到最适合建设波浪能电站的位置。 【关键词】：波浪能 SWAN模式 数值模拟 资源分析 振荡水柱
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P731.22;P743.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题的研究意义10-11
• 1.2 波浪能资源概况11-13
• 1.2.1 波浪能的产生及特点11
• 1.2.2 全球波浪能资源的储量及分布11-12
• 1.2.3 我国波浪能资源的储量及分布12-13
• 1.3 波浪能资源分析研究进展13-16
• 1.3.1 国外波浪能资源分析研究进展13-14
• 1.3.2 我国波浪能资源分析研究现状14-15
• 1.3.3 波浪能资源分析发展方向15-16
• 1.4 海浪数值模式研究进展16-18
• 1.4.1 海浪数值计算的发展历程16-17
• 1.4.2 我国波浪数值计算的现状17-18
• 1.4.3 近岸波浪模式SWAN18
• 1.5 本文的主要内容18-20
• 第2章 SWAN模式原理20-26
• 2.1 SWAN模式的控制方程20-21
• 2.2 源项处理21-23
• 2.2.1 风输入项21-22
• 2.2.2 非线性波-波相互作用22
• 2.2.3 能量耗散项22-23
• 2.3 SWAN模式的数值格式23-24
• 2.4 SWAN模式的初始、边界条件24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 数据资料介绍及处理26-34
• 3.1 SWAN模式输入资料26-27
• 3.1.1 地形数据26
• 3.1.2 风场数据26-27
• 3.2 验证资料27-28
• 3.2.1 嵊山站波浪数据资料27-28
• 3.2.2 JASON-1资料28
• 3.3 动风场的检验28-33
• 3.3.1 风场的比较30-32
• 3.3.2 统计分析32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 南黄海海域的波浪数值模拟研究34-42
• 4.1 SWAN模式的数值试验34-37
• 4.1.1 研究海域简介34-35
• 4.1.2 数值格式及源项设置35-36
• 4.1.3 SWAN模式计算结果36-37
• 4.2 SWAN模式的改进37-39
• 4.2.1 模式改进的理论依据37-38
• 4.2.2 改进后模式的计算结果38-39
• 4.3 改进后SWAN模式的验证39-40
• 4.4 本章小结40-42
• 第5章 浙江沿海海域波浪数据计算42-54
• 5.1 SWAN模式在浙江沿海海域的应用42-46
• 5.1.1 浙江沿海海域简介42-43
• 5.1.2 模式改进的理论依据43-45
• 5.1.3 模式改进后的计算结果45-46
• 5.2 模式改进后的验证46-51
• 5.2.1 JASON-1数据验证46-48
• 5.2.2 嵊山海洋数据验证48-51
• 5.3 浙江沿海海域的波浪数据计算51-52
• 5.4 本章小结52-54
• 第6章 浙江沿海海域波浪能资源分析54-70
• 6.1 浙江沿海波浪能资源分析54-63
• 6.1.1 能流密度计算方法研究54-57
• 6.1.2 能流密度的月分布特征57-60
• 6.1.3 能级频率分布60-61
• 6.1.4 波浪能的稳定性61-63
• 6.1.5 浙江沿海海域的波浪能资源评价63
• 6.2 基于波能利用装置的波浪能资源分析研究63-67
• 6.2.1 波浪能发电装置介绍64
• 6.2.2 基于发电装置的波浪能资源分布64-67
• 6.3 本章小结67-70
• 第7章 结论与展望70-74
• 7.1 全文工作总结70-71
• 7.2 展望71-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果80

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