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基于FVCOM的舟山群岛海域潮流能分析

侯放  
【摘要】:潮流能属于海洋可再生能源,潮流能的开发利用对于维持人类社会可持续发展、改善全球生态环境以及解决能源短缺问题具有重要意义。而开发利用潮流能的第一步就是对具有潮流能开发潜力的站址进行潮流能资源的评估,传统的潮流能评估方法如Flux法和Farm法往往基于潮流能能通量来进行计算,并没有考虑其他潮流能特征量对潮流能开发利用的限制,并且传统的潮流能评估方法在对潮流能理论可开发量进行计算时,没有考虑潮流能发电机对水动力环境的影响,往往会高估潮流能理论可开发量。现有的基于数值模型的潮流能评估方法在计算理论可开发量时,虽然以不同的方法考虑了上述影响,但对潮流能发电机的模拟不够细致,并不能针对具体的潮流能开发案例进行分析评估。 基于以上原因,本文利用FVCOM数值模式,采用无结构、可变分辨率的不规则三角形网格系统,建立了包括长江口附近、杭州湾、舟山群岛海域的三维潮汐潮流模型,并利用3个验潮站实测潮位数据与5个ADCP实测流速流向资料对模型进行了验证,验证结果表明该模型能够准确的模拟出模拟海域的潮汐潮流特征。通过模型计算结果本文计算了水道中潮流的平均流速大小、流速大小的概率分布,流速不对称性、流向的旋转型、潮流主轴方向、潮流能蕴藏量等潮流能特征值并针对上述特征值对舟山群岛海域重点水道的潮流能资源情况进行了评估。 本文在上述三维大区域模型的基础上嵌套了二维小区域模型,并利用增加模型中部分网格的底摩擦系数来模拟潮流能发电机对潮流能的抽取,其中额外增加的底摩擦系数是根据潮流能底摩擦耗散公式与潮流能发电机的额定转子效率(即潮流能发电机抽取潮流能的效率)之间的关系确定的。本文利用修改后的模型对潮流能发电机阵列对水动力场的影响进行了研究分析得出结论:潮流能发电机阵列不会在大范围内对水道周围的水动力环境产生显著影响,在5km以内潮流能发电机阵列对潮位的影响在10cm以内,对潮流的影响在75cm/s以内,对流向的影响在15°以内。在考虑了潮流能发电机对水动力场的影响的情况下结合Farm法计算得出龟山航门水道的潮流能理论可开发量为10.312MW,而未考虑上述影响的潮流能理论可开发量为12.081MW。


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