波流耦合作用下的青岛海域海洋能资源评估

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随着世界经济的快速发展和世界人口数量的急剧增长,人们对能源的消耗日益增长。加之化石能源的不可再生性,开发利用新型能源、改变传统能源结构迫在眉睫。作为一种能量巨大且无污染的可再生能源,海洋能被人们称为21世纪的绿色能源,受到越来越多的关注。青岛市受地形水深的限制,具有较大开发可行性的海洋能资源主要是波浪能和潮流能。开发海洋能的第一步是对研究海域的海洋能资源进行估算,了解海洋能资源的分布状况,作为能源开发选址的依据。针对青岛海域,本文做了如下工作:第一部分,利用MIKE21 HD FM水动力模块建立模型对青岛海域的潮流进行了模拟,模拟内容包括潮位和流速流向等参数,并且将模拟的这些参数与多组实测数据进行了对比验证,验证显示模型模拟效果良好。之后对2014年整年的潮流进行了模拟,并在模拟数据的基础上对青岛市海域潮流能密度进行了评估。经模拟结果分析,青岛海域潮流能相对丰富的地方为胶州湾口、斋堂岛和崂山头,属于潮流能的可利用区,而且潮流能分布受季节影响不大。第二部分,利用MIKE21 SW谱波浪模块,使用嵌套的方式对青岛海域2014年的波浪场进行了模拟,模拟过程中考虑了潮流对波浪场的影响。应用验证好的模型对2014年整年的波浪进行了模拟,并对青岛市海域波浪能密度进行了评估。评估结果显示,青岛海域波浪能资源丰富,年最大波浪能密度可达200kW/m,年平均波浪能密度最大值约为8kW/m。大致呈现从外海到近岸递减的趋势,而且波浪能受季节性影响较大,夏天相对贫乏。第三部分,分别对波流耦合、无流两种情况下的波浪场进行了模拟并用相同方法进行了波浪能评估,对评估结果差异进行了对比,探讨了潮流对波浪能评估的影响。经模拟结果分析显示,潮流对波浪能评估结果的影响主要体现在近岸浅水区,影响最高的地方波浪能评估结果差异可达一倍以上;而在水深较大的离岸海域,影响基本在3%以内。
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