海上风能与波浪能综合研究利用

【摘要】：随着全球经济发展步伐的加快,能源问题已成为世界性的问题,近二三百年由于人类对化石能源的过度依赖,致使化石类能源面临日益枯竭的危机。深入研究和探索、开发新的能源替代产品,已成为世界各国相关领域专家的研究方向,也是我国当前能源储备与可持续发展战略的当务之急。我国地域辽阔,海岸线长,以海上风、浪能为代表的海洋可再生能源是清洁能源的重要组成部分,蕴藏量十分巨大。因此,本文以江苏省近海海域为工程试点,对其海上风能与波浪能的联合开发进行了研究论证。 本文首先简要阐述了前辈们的相关研究工作,接着建立了风电场工程区的风能评估数学模型,并对场区的风能资源进行了研究,最后对风电场风机组群在三种布置方案下的风场发电量进行计算评估,优化比选最终确定方案二作为风电场风机组群的布置方法,并依此进行风电场的开发建设。 随后,在场区波浪能的研究利用章节中,引入了MIKE21SW波浪数学模型,建立了工程场区的波浪场,并用实测波浪参数对模型进行了验证,验证结果表明本文所建立的波浪模型能够较好的反映工程海域的实际情况。通过得到的四个波向下的波浪场,分别计算了各波向下通过各基桩站点的年总波能情况,通过综合比较得出:在进行波浪发电工程建设时,可对NE向的波浪能进行重点开发利用。并且在19、20、21、22号以及41、42、43、44号基桩站点处的年总波浪能要远远高于其余站点,因此可以考虑对这些基桩站点处的波浪能加以重点利用,初步定为波浪能与风能联合开发的首选站点。 【关键词】：海上风能 优化比选 波浪能 WASP SW 储量评估
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P743
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 论文背景及研究意义8
• 1.2 相关研究进展8-11
• 1.2.1 风能研究利用的相关研究进展8-10
• 1.2.2 波浪能研究利用的相关研究进展10-11
• 1.3 本文主要工作11-13
• 第二章 工程区自然条件概述13-15
• 2.1 工程地理位置13
• 2.2 工程地质水文条件13-14
• 2.3 工程海域潮汐14
• 2.4 工程海域潮流14
• 2.5 工程海域波浪14
• 2.6 工程区风况14-15
• 第三章 场区风能研究与利用15-42
• 3.1 风能资源基本理论15-17
• 3.1.1 描述风的物理量16
• 3.1.2 风能16-17
• 3.1.3 风功率17
• 3.1.4 平均风能密度17
• 3.2 风能评估数学模型17-19
• 3.2.1 模型简介17-18
• 3.2.2 计算模块18
• 3.2.3 模型数据输入18-19
• 3.3 场区风能资源研究19-24
• 3.3.1 风速、风功率密度的年变化19-20
• 3.3.2 风速、风功率密度的日变化20-21
• 3.3.3 风向玫瑰图21-22
• 3.3.4 风能玫瑰图22-23
• 3.3.5 风速和功率直方图23-24
• 3.4 场区风资源分析评价24-28
• 3.5 风电场风机布置原则28
• 3.6 方案一下风电场风能储量估算与评价28-32
• 3.6.1 风机组群布置形式30
• 3.6.2 风场发电量估算30-32
• 3.7 方案二下风电场风能储量估算与评价32-35
• 3.7.1 风机组群布置形式32-33
• 3.7.2 风场发电量估算33-35
• 3.8 方案三下风电场风能储量估算与评价35-37
• 3.8.1 风机组群布置形式35-36
• 3.8.2 风电场发电量估算36-37
• 3.9 风机布置形式最优化选择37-41
• 3.10 本章小结41-42
• 第四章 场区波浪能研究与利用42-64
• 4.1 波浪能资源基本理论42-46
• 4.1.1 波浪能的特征量42-43
• 4.1.2 波浪能量的计算43
• 4.1.3 波能功率密度的计算43-45
• 4.1.4 通过单个站点的波浪能45-46
• 4.2 MIKE21 SW 波浪数学模型46-47
• 4.2.1 模型简介46-47
• 4.2.2 控制方程47
• 4.2.3 数值解法47
• 4.3 本次波浪模型设置47-49
• 4.3.1 地形处理47-48
• 4.3.2 计算条件及参数选取48-49
• 4.4 模型验证49-51
• 4.5 模型计算结果及分析51-53
• 4.6 站点总波能计算53-60
• 4.6.1 E 向波浪场的年总波能计算54-55
• 4.6.2 ENE 向波浪场的年总波能计算55-57
• 4.6.3 NNE 向波浪场的年总波能计算57-58
• 4.6.4 NE 向波浪场的年总波能计算58-60
• 4.6.5 通过各基桩站点的年总波能60
• 4.7 波浪能储量评估60-63
• 4.8 本章小结63-64
• 第五章 结论与展望64-68
• 5.1 本文研究成果64-66
• 5.2 未来研究展望66-68
• 参考文献68-71
• 发表论文和科研情况说明71-72
• 致谢72

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