一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對于能源的需求與日俱增，對于地球上任何一個(gè)國 家而言，石油、天然氣、煤炭等常規(guī)化石能源的儲量都是有限的，這些常規(guī)化石能源在未來 的幾十年之內(nèi)將迅速接近枯竭；另外，常規(guī)化石能源的碳排放會導(dǎo)致全球變暖。
[0003] 常規(guī)能源的短缺以及對氣候的污染是世界各國需要面臨的重大問題，也是阻礙我 國建設(shè)海洋強(qiáng)國的主要因素之一。新型綠色能源的開發(fā)已成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的迫切需求。 波浪能是一種重要的海洋可再生能源，具有密度高、分布面廣，取之不盡，用之不竭，不產(chǎn)生 二氧化碳排放等優(yōu)點(diǎn)，有極高的開發(fā)潛力。波浪能資源的開發(fā)利用對于解決常規(guī)能源短缺 所帶來的能源問題以及常規(guī)能源碳排放導(dǎo)致的環(huán)境問題具有重大戰(zhàn)略意義。
[0004] 合理開發(fā)利用波浪能資源可為偏遠(yuǎn)島嶼的居民生活、海上石油平臺、海上漁業(yè)生 產(chǎn)以及海水淡化等提供電力供應(yīng)，解決能源供給問題，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對波浪能 資源的評估是開發(fā)利用波浪能資源之前的重要工作，同時(shí)也是開發(fā)利用波浪能資源的前提 條件。由于技術(shù)水平的限制，目前的波浪能資源的開發(fā)利用主要集中在近岸，近岸波浪能資 源的準(zhǔn)確評估對于我國波浪能開發(fā)項(xiàng)目的決策具有重要的意義。
[0005] 在最近的幾十年里，世界各國的研宄工作者利用WAM、WAVEWATCH III以及SWAM等 海浪數(shù)值模式模擬的結(jié)果，針對全球不同海域開展了大量的波浪能資源的評估研宄工作。 在計(jì)算波浪能的波功率密度時(shí)主要有兩種方法，一種是利用海浪譜的積分進(jìn)行計(jì)算，一種 是利用深水的近似模型進(jìn)行計(jì)算。
[0006] 波功率密度是評價(jià)波浪能資源最重要的特征量，中國海近岸水深較淺，直接利用 以往的深水模型計(jì)算波功率密度會有比較大的誤差；另外，模式譜積分的計(jì)算模型適用性 有限，對海浪譜的依賴較大。建立適用于中國海近岸海域的波浪能波功率密度精確參數(shù)化 計(jì)算模型對于實(shí)現(xiàn)近岸波功率密度的精確、快速計(jì)算具有重要的意義。
[0007] 譜積分的方法主要在國外波浪能資源的評估研宄中采用，這種方法雖然有比較高 的計(jì)算精度，但是對于海浪譜的準(zhǔn)確性要求較高，準(zhǔn)確的海浪譜主要由一些業(yè)務(wù)化的單位 所掌握，獲取有一定的難度；另外，由于海浪譜的計(jì)算和存儲需要占用大量的資源，有些海 浪觀測和模擬的結(jié)果（例如：浮標(biāo)觀測結(jié)果、再分析數(shù)據(jù)模擬的結(jié)果）并不提供海浪譜的數(shù) 據(jù)，而是直接提供海浪的參數(shù)（例如：有效波高和能量周期等），這種情況下，譜積分的計(jì)算 模型無法使用，該模型的普適性較差；
[0008] 在我國波浪能資源的評估研宄中，鄭崇偉等人利用海浪模式模擬的海浪參數(shù)的結(jié) 果對中國近海大尺度范圍的波功率密度進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算時(shí)采用的是深水的近似計(jì)算模 型，這種模型在深水波功率密度的計(jì)算中有較高的精度，而中國海近岸海域水深普遍較淺， 采用深水近似計(jì)算模型計(jì)算波功率密度會產(chǎn)生較大的誤差，因此計(jì)算時(shí)需要考慮水深的影 響。
[0009] 以上兩種計(jì)算模型均存在一定的局限性，不適用于中國海近岸海域波浪能波功率 密度的計(jì)算，因此需要建立僅依賴于海浪參數(shù)的適用于中國海近岸海域波功率密度的精確 計(jì)算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種適用于中國海的近岸海域波功率 密度參數(shù)化計(jì)算方法，它具有建立的波功率密度精確參數(shù)化計(jì)算方法的計(jì)算精度明顯優(yōu)于 現(xiàn)有方法；該方法可以通過海浪的參數(shù)計(jì)算波功率密度，是一種參數(shù)化的計(jì)算方法，該方法 的普適性好，計(jì)算效率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0012] 一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0013] 首先，構(gòu)造波功率密度多項(xiàng)式模型；
[0014] 然后，從某一年的全年的若干個(gè)近岸海域的MASNUM海浪數(shù)值模式中獲取若干個(gè) 近岸海域中對應(yīng)的有效波高、能量周期和波功率密度；將有效波高、能量周期和波功率密度 作為多項(xiàng)式模型的參數(shù)，擬合出波功率密度多項(xiàng)式模型；
[0015] 最后，利用該多項(xiàng)式模型，實(shí)現(xiàn)近岸海域波浪能資源的準(zhǔn)確評估。
[0016] 一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0017] 步驟⑴：構(gòu)造計(jì)算Pw的多項(xiàng)式模型：
[0018]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，包括如下步驟： 首先，構(gòu)造波功率密度多項(xiàng)式模型； 然后，從某一年的全年的若干個(gè)近岸海域的MASNUM海浪數(shù)值模式中獲取若干個(gè)近岸 海域中對應(yīng)的有效波高、能量周期和波功率密度；將有效波高、能量周期和波功率密度作為 多項(xiàng)式模型的參數(shù)，擬合出波功率密度多項(xiàng)式模型； 最后，利用該多項(xiàng)式模型，實(shí)現(xiàn)近岸海域波浪能資源的準(zhǔn)確評估。
2. -種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，其特征是，包括如下步 驟： 步驟（1):構(gòu)造計(jì)算Pw的多項(xiàng)式模型： Pw=lUaMTey+C (1) 其中，氏表示有效波高、Te表示能量周期、Pw表示波功率密度，a i表示多項(xiàng)式系數(shù)，C表 示常數(shù)，i表示多項(xiàng)式階數(shù)，i的取值范圍為1-η，η的參數(shù)含義是多項(xiàng)式次數(shù)； 步驟（2):利用某一年全年的若干個(gè)近岸海域的MASNUM海浪數(shù)值模式所模擬的數(shù)據(jù)構(gòu) 造建模數(shù)據(jù)集； 步驟（3):從步驟（2)的MASNUM海浪數(shù)值模式中提取若干個(gè)近岸海域中對應(yīng)的有效波 高Hs、能量周期Te和波功率密度P w; 步驟⑷：將步驟⑶提取的若干個(gè)近岸海域中對應(yīng)的有效波高Hs和能量周期Te作為 輸入，將波功率密度Pjt為輸出，采用最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式的擬合，通過多項(xiàng)式擬合獲取 多項(xiàng)式模型的系數(shù)aJP C，從而建立了計(jì)算P ￥的多項(xiàng)式模型； 步驟（5):基于步驟（4)的計(jì)算Pw的多項(xiàng)式模型，使用有效波高!13、能量周期Te準(zhǔn)確計(jì) 算近岸海域的波功率密度，實(shí)現(xiàn)近岸海域波浪能資源的準(zhǔn)確評估。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，其 特征是，所述步驟（2)的近岸海域的水深不超過75米。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，其 特征是，所述步驟（2)的某一年選擇2012年。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，其 特征是，所述步驟（2)的若干個(gè)為3個(gè)。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，其 特征是，所述步驟（2)的構(gòu)造建模數(shù)據(jù)集，分別選擇3個(gè)小區(qū)域2012年4個(gè)季節(jié)代表月的 數(shù)據(jù)，時(shí)間分辨率設(shè)定為6小時(shí)，空間分辨率設(shè)定為6' X6'，以此標(biāo)準(zhǔn)得到的建模數(shù)據(jù)集的 數(shù)據(jù)量為735380組。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，其 特征是，所述季節(jié)代表月是1月、4月、7月和10月。
8. 如權(quán)利要求2所述的一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，其 特征是，所述步驟（4)的計(jì)算Pw的多項(xiàng)式模型如下： = -8.6661 x IO-9CWfre)4 + 2.1510 x 10~6(W|rj:s + 1,1215 x 10~4(?|7；)2 + 0.5361(//;7；) + 0.0073 (2)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于中國海的近岸海域波功率密度參數(shù)化計(jì)算方法，包括如下步驟：首先，構(gòu)造波功率密度多項(xiàng)式模型；然后，從某一年的全年的若干個(gè)近岸海域的MASNUM海浪數(shù)值模式中獲取若干個(gè)近岸海域中對應(yīng)的有效波高、能量周期和波功率密度；將有效波高、能量周期和波功率密度作為多項(xiàng)式模型的參數(shù)，擬合出波功率密度多項(xiàng)式模型；最后，利用該多項(xiàng)式模型，實(shí)現(xiàn)近岸海域波浪能資源的準(zhǔn)確評估。本發(fā)明可以通過海浪的參數(shù)計(jì)算波功率密度。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104732099
【申請?zhí)枴緾N201510155953
【發(fā)明人】萬勇, 孫偉峰, 李立剛, 周鵬, 戴永壽
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月2日