基于頻域模型和時域模型的波浪能評估計算

【摘要】：自上世紀70年代，波浪能就已經(jīng)被看作是非常重要的可再生能源。受到石油危機的沖擊之后，一些沿海工業(yè)化國家陸續(xù)啟動了對波浪能的研究開發(fā)項目，但大多數(shù)仍處于研發(fā)階段，相對技術(shù)比較成熟的新能源，如風能，波浪能尚不能投入市場進行大規(guī)模開發(fā)利用。但近些年來，很多國家關(guān)于波浪能的研發(fā)工作都呈現(xiàn)了快速的發(fā)展趨勢。 本文分析了成山頭海上試驗場海域的海洋水分資料，統(tǒng)計了一年內(nèi)波浪的有效波高-波向頻率分布以及平均周期-波向頻率分布，確定了各季度的常浪向與強浪向。通過波浪浮標實測數(shù)據(jù)對SWAN模型進行了驗證，并將一年的波浪條件分為5個代表波況（2011年7月至9月典型波浪條件、2011年7月至9月臺風過程峰值、2011年10月至12月典型波浪條件、2012年1月至3月典型波浪條件以及2012年4月至6月典型波浪條件），利用驗證后的SWAN模型對成山頭海上試驗場區(qū)的各波況下的波浪條件進行了模擬，計算了波浪功率的空間分布，并基于各季度代表波況出現(xiàn)天數(shù)進行時間加權(quán)計算得到一年內(nèi)平均波功率分布，選取波能聚集的區(qū)域作為波浪能發(fā)電裝置的布放站點。 精確計算波浪能站點的輸入波浪能量是評估測試波浪能發(fā)電裝置效率的關(guān)鍵。為了計算試驗場中，波浪能發(fā)電裝置運行期間的輸入能量，本文基于現(xiàn)行廣泛使用于波浪能儲量評估中的頻域方法，提出了一種新的可以計算短期內(nèi)波浪能站點的輸入波功率的時域計算方法。該方法采用時域波浪模型SWASH對試驗場區(qū)的波浪場進行模擬，從而可以提取全場任意點的時序列波浪參數(shù)用于計算該點的時序列波功率輸入，通過計算時序列波列中每一個單個波的能量，疊加得到該波列的總波浪能。分別采用頻域方法和時域方法對選取的波浪能站點輸入波浪能量進行計算，結(jié)果表明在深水和近岸站點，頻域方法都得到了偏大的輸入波能值。通過對主要計算參數(shù)的分析和比較可知，由于使用了代表真實海況的時序列波浪參數(shù)而避免了計算參數(shù)的統(tǒng)計偏差，時域計算方法的結(jié)果比頻域方法基于統(tǒng)計特征值計算得到的波功率結(jié)果更接近真實值，同時該方法也提供了一種檢測波浪能發(fā)電裝置實時發(fā)電效率的思路。 【關(guān)鍵詞】：波浪能 波功率 時域方法 頻域方法 SWAN SWASH 海上試驗場
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P743.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-14
• 1.1 研究背景與目的7-8
• 1.1.1 研究背景7-8
• 1.1.2 研究目的8
• 1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 海上試驗場8-9
• 1.2.2 儲量評估計算9-12
• 1.3 本文的主要工作12-14
• 第二章 頻域及時域波浪數(shù)值模型14-21
• 2.1 頻域波浪模型——SWAN14-16
• 2.1.1 模型概述14
• 2.1.2 控制方程14-15
• 2.1.3 數(shù)值計算方法15-16
• 2.2 時域波浪模型——FUNWAVE16-18
• 2.2.1 模型概述16-17
• 2.2.2 控制方程17
• 2.2.3 數(shù)值計算方法17-18
• 2.3 時域波浪模型——SWASH18-20
• 2.3.1 模型概述18
• 2.3.2 控制方程18-19
• 2.3.4 數(shù)值計算方法19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第三章 海洋水文資料分析21-28
• 3.1 氣候條件21-22
• 3.2 觀測結(jié)果分析22-27
• 3.2.1 有效波高分布22-24
• 3.2.2 平均周期分布24-27
• 3.3 本章小結(jié)27-28
• 第四章 波浪能計算方法28-33
• 4.1 波浪能量計算28-29
• 4.2 波功率計算29-32
• 4.2.1 頻域方法29-31
• 4.2.2 時域方法31-32
• 4.3 本章小結(jié)32-33
• 第五章 波浪能儲量評估33-52
• 5.1 頻域模型驗證34-35
• 5.2 波功率分布計算35-47
• 5.2.1 波況 135-38
• 5.2.2 波況 2 臺風38-40
• 5.2.3 波況 340-43
• 5.2.4 波況 443-45
• 5.2.5 波況 545-47
• 5.3 波浪能資源時空分布特征47-49
• 5.4 波浪能站點選取49-50
• 5.5 本章小結(jié)50-52
• 第六章 時域方法計算52-66
• 6.1 兩種時域模型對比結(jié)果52-55
• 6.2 時域模型計算55-65
• 6.2.1 波況 157-60
• 6.2.2 波況 260-65
• 6.3 本章小結(jié)65-66
• 第七章 結(jié)論與展望66-68
• 7.1 主要結(jié)論66-67
• 7.2 研究展望67-68
• 參考文獻68-72
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明72-73
• 致謝73

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

Wave Energy Study in China: Advancements and Perspectives    游亞戈,鄭永紅,沈永明,吳必軍,劉榮

基于SWAN模式的近10年南海北部波浪能資源研究    鄭崇偉;鄭宇艷;陳洪春;

波浪Boussinesq方程與緩坡方程的比較    張揚,李瑞杰,張素香

渤海灣風浪場的數(shù)值模擬    王殿志,張慶河,時鐘

波浪的三維數(shù)值模擬及其應用    張婷

非線性條件下被動式減搖水艙仿真研究    孫偉;梁利華;

水下爆炸及隨機外力下破損艦船的傾覆概率分析    張婧;施興華;

基于功率譜獲取海浪波長波向算法的改進    陶法;馬舒慶;

水下航行平臺仰視聲納測波的運動補償方法    張鎖平;張春田;

姿態(tài)傳感器在坐底式ADCP波陣列中的應用    鄭威;張殿倫;孫大軍;

Numerical Study of Air Chamber for Oscillating Water Column Wave Energy Convertor    劉臻;HYUN Beom-Soo;HONG Keyyong;

基于σ坐標變換和水位函數(shù)法的立面二維水動力學模型    孫先;楊文俊;王國棟;

波浪對散體岸坡沖刷破壞的機理    蔡曉禹;凌天清;唐伯明;候烈;

波浪荷載作用下施工平臺隨機動力響應分析    周丹;肖盛燮;杜逢彬;

70m水槽造波機性能研究    吳珷

日照港四、五期工程不同結(jié)構(gòu)碼頭上水和波浪反射試驗研究    冀亮;陳國平;嚴士常;

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在海浪數(shù)值預報中的釋用研究    朱智慧;

巖溶地區(qū)設(shè)計洪水計算的探討    楊全明;尹明萬;李景海;

海洋波浪能發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與前景    游亞戈;盛松偉;吳必軍;

斜向浪沿直立堤傳播規(guī)律及對接岸斜坡堤影響    張華昌;董勝;柳玉良;王海峰;

某港口與河海之間的流場及其水質(zhì)交換的數(shù)值模擬    孫建;鄧永鋒;雷鵬帥;陳沖;魏文禮;

福建近海波浪能狀況分析與評價    張軍;許金電;郭小鋼;

海浪波面形態(tài)方向的特征提取與分布    張鎖平;張春田;

雙峰譜海浪模型及其數(shù)值模擬    蔡烽;石愛國;繆泉明;

上海市海堤設(shè)計波浪計算有關(guān)問題的探討    潘麗紅;朱建榮;劉新成;俞相成;

基于裂紋擴展理論的船體結(jié)構(gòu)疲勞強度研究    曹俊偉

波浪經(jīng)過斜坡潛堤后的傳播變化規(guī)律研究    康萬軍

東中國海波高分布特征研究    武雙全

東營海區(qū)防潮工程護面塊體選型研究    王磊

L形港池吸收式造波機系統(tǒng)的研究    欒亮亮

波浪沿傾斜堤岸傳播的數(shù)值研究    魏澤

利用脈沖響應函數(shù)法計算物體上不規(guī)則波浪力    林子

洋山港再開發(fā)工程水動力變化及海床演變預測    董佳

SPAR平臺垂蕩板的水動力特性自由振動試驗研究    王春寶

弧型胸墻斜坡護岸越浪量及新測量方法的研究    羅興遠

三維數(shù)值波浪水池技術(shù)與應用    齊鵬,王永學

廈門無居民海島猴嶼生態(tài)修復研究與實踐    廖連招;

閩東無居民海島島群資源與保護性利用研究    廖連招;方建勇;雷剛;

Wave Watch的操作系統(tǒng)移植及其與SWAN嵌套接口的改進    高山;丁平興;朱首賢;

渤海南部海域年極值波浪和設(shè)計波浪的特征研究    滕學春，吳秀杰

波浪運動的數(shù)值模擬    王金瑞

數(shù)值二維隨機波浪水槽的建立和應用    李本霞,俞聿修,張寧川

渤海灣流場以及污染物分布的數(shù)值模擬研究    王澤良,王日新,陶建華

渤海波浪和潮汐風暴潮相互作用對波浪影響的數(shù)值研究    尹寶樹,王濤,侯一筠,程明華,范順庭,蘇京志,M.I.ElSabh

數(shù)值水槽內(nèi)的阻尼消波和波浪變形計算    孫大鵬,李玉成

波浪能獨立穩(wěn)定發(fā)電與制淡系統(tǒng)    

波浪能協(xié)奏曲    本刊編輯部;

我國近海波浪能資源調(diào)查與評估    張松;劉富鈾;張濱;馬治忠;姜波;

中國海波浪能資源分析    聞斌;薛彥廣;張芳苒;趙越超;

雙浮體波浪能轉(zhuǎn)換裝置中重心布置對波浪能吸收影響分析    王曉明;尚建忠;張志雄;

在挪威研究波浪能    余志

從水下開發(fā)利用波浪的能量    

中國海波浪能資源研究現(xiàn)狀及前景展望    林剛;鄭崇偉;孫巖;楊松;賈晨;

中國大陸沿岸波浪能分布初步研究    王綠卿;馮衛(wèi)兵;唐筱寧;龔政;

一種波浪能實驗裝置水動力學分析與優(yōu)化設(shè)計    盛松偉;游亞戈;馬玉久;

基于虛擬樣機的波浪能驅(qū)動系統(tǒng)仿真研究    張穎;吳成東;董再勵;李孟歆;

液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電演示裝置的數(shù)值分析    趙凌志;彭燕;沙次文;許玉玉;李然;劉保林;李建;

液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電試驗研究    李建;彭燕;趙凌志;劉保林;沙次文;許玉玉;李然;李雪臨;

底鉸搖板式波浪能裝置的水動力特性    趙海濤;徐偉;郝春玲;沈家法;孫志林;寧德志;

臺灣海峽及其鄰近海域波浪能資源評估    李靖;周林;鄭崇偉;陳曉斌;

浮子參數(shù)對波浪能吸收效能的影響分析    倪歆韻;繆泉明;

浙江近海自然海況條件下波浪能統(tǒng)計分析    楊忠良;施偉勇;張俊彪;葉欽;

基于慣性擺的波能獲取研究    張穎;李孟歆;侯亮;

雙行程做功波浪能液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究    張大海;李偉;林勇剛;鮑經(jīng)緯;黃煒;

海洋能開發(fā)利用的新技術(shù)概覽    孫曉晶;

新式船只能從波浪中捕捉能源    劉霞

走向商業(yè)化的波浪能    趙琳琳 譯 美國《紐約時報》

新型漂浮式波浪能裝置成功發(fā)電    記者 張建列 通訊員 謝舜源

首座波浪能穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)面世    何方

我國海洋能源開發(fā)又有突破性進展    高 琳 　唐 晗

科學家欲用波浪能替代石油    楊現(xiàn)慶

波浪能開發(fā)進入業(yè)界視野    本報記者 王曉蘇

世界先進的波浪能技術(shù)    國家海洋技術(shù)中心 羅續(xù)業(yè)

開發(fā)利用新能源的新途徑    施緯

向海洋波浪要電能    本報實習記者 劉澤強 通訊員 任永華

海上風能與波浪能綜合研究利用    裴麗

振蕩浮子液壓式波浪能利用裝置的研究    黃晶華

海洋浮標波浪能供電裝置設(shè)計研究    姜琳琳

波浪能液壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)效率測試平臺的設(shè)計與研究    劉啟強

波浪能驅(qū)動的機動浮標的動態(tài)分析與設(shè)計    戴源

基于頻域模型和時域模型的波浪能評估計算    魏茂興

山東半島波浪能資源的調(diào)查與模擬分析研究    王宏基

波浪能能量轉(zhuǎn)換效率測試平臺的控制與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)    王國棟

波浪能永磁直線發(fā)電機的設(shè)計與仿真    韋明松

波浪能、潮流能試驗場方案設(shè)計與并網(wǎng)標準研究    唐楊