【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及海洋能源開發(fā)利用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三維高精度數(shù)值模型的潮流能陣列場場址選化方法。
技術(shù)介紹
1、潮流能作為一種清潔、可再生且穩(wěn)定的能源資源，因其儲量豐富且分布廣泛，逐漸成為海洋能開發(fā)領(lǐng)域的重要研究對象。潮流能利用主要依賴于潮流能發(fā)電機將海水的動能轉(zhuǎn)化為電能，而高效、合理地選擇潮流能陣列場的布放位置對于提高能源捕獲效率、降低成本具有關(guān)鍵作用。因此，潮流能陣列場的場址選化方法成為潮流能開發(fā)過程中至關(guān)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。
2、目前，潮流能場址選化方法大多基于二維數(shù)值模擬或單一潮流條件的分析，未能充分考慮潮流場中復(fù)雜的三維流場特征及其時空變化。傳統(tǒng)方法在潮流資源評估方面往往缺乏精度，尤其是在地形復(fù)雜、潮流多變的區(qū)域，現(xiàn)有技術(shù)難以準(zhǔn)確反映潮流的垂向變化和能量分布。此外，潮流場的局部地形變化對機組布放的影響在傳統(tǒng)的模型中難以精確模擬。這些不足導(dǎo)致潮流能機組布放的精準(zhǔn)度和能源利用率受到制約，限制了潮流能的高效開發(fā)與利用。
3、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，急需一種能夠綜合考慮潮流場三維特性、高精度層化的潮流能陣列場場址選化方法。本專利技術(shù)基于三維高精度數(shù)值模型，通過宏觀場址選化與微觀場址選化相結(jié)合，構(gòu)建能夠真實反映潮流能資源分布及其變化規(guī)律的三維潮流數(shù)值模型，通過分析大潮漲急落急時刻、小潮漲急落急時刻、潮流穩(wěn)定性、能流密度、理論蘊藏量、單寬能流通量等參數(shù)，精細(xì)評估潮流能資源的儲量及可開發(fā)性。通過該方法，可以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的潮流能資源評估，為潮流能機組的陣列布放提供可靠的理論依據(jù)，推動海洋能開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。p>
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是在于提供一種基于三維高精度數(shù)值模型的潮流能陣列場場址選化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中模型的精度不足、潮流場垂向變化難以捕捉、復(fù)雜地形和多變潮流條件下潮流能機組難以優(yōu)化布放方式等問題。
2、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、一種基于三維高精度數(shù)值模型的潮流能陣列場場址選化方法，該方法包括以下步驟：
4、(1)宏觀場址選化方法：根據(jù)歷史潮流數(shù)據(jù)、海底地形數(shù)據(jù)和能流密度宏觀分布，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，從宏觀層面初步確定適合潮流能開發(fā)的海域范圍；
5、(2)微觀場址選化方法：在宏觀選址基礎(chǔ)上，通過局部測量和流場分析，考慮地形變化、潮流條件和岸線形態(tài)等因素對潮流能機組布放的影響，進一步精確劃定陣列場的微觀選址范圍；所述局部測量和流場分析的內(nèi)容包括采用高精度定位系統(tǒng)對海域地理坐標(biāo)進行標(biāo)定，采用聲納儀器對水深進行測量，采用流速剖面儀對海域流速和流向進行監(jiān)測；
6、(3)高精度層化三維數(shù)值模型搭建方法：基于微觀場址的地理位置、水深數(shù)據(jù)以及海底地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建分層的三維數(shù)值模型，模型包含非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成、動態(tài)調(diào)和邊界條件設(shè)定、分潮模擬，并結(jié)合實測與模擬數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)，使模型能夠精確反映目標(biāo)海域的潮流動態(tài)特征；
7、(4)潮流能資源精細(xì)化評估方法：通過對模型計算結(jié)果進行分析，分析目標(biāo)海域的大潮漲急落急時刻、小潮漲急落急時刻、潮流穩(wěn)定性、能流密度、潮流能資源理論蘊藏量、單寬能流通量等潮流性質(zhì)，并通過可視化技術(shù)呈現(xiàn)評估結(jié)果，以指導(dǎo)潮流能機組的布放方式。
8、所述宏觀場址選化方法通過以下步驟實現(xiàn)：
9、a)結(jié)合多源數(shù)據(jù)，包括海洋水文、地質(zhì)勘探及遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，初步確定目標(biāo)海域的地形輪廓和潮流時空分布特征；
10、b)對目標(biāo)海域的潮流、波浪和風(fēng)流交互作用進行多維分析，選取流速較大、能流密度較高、穩(wěn)定性較好的區(qū)域作為候選陣列場位置。
11、所述微觀場址選化方法包括：
12、a)對候選陣列場位置進行地理位置標(biāo)定、水深測量、海床地形精細(xì)調(diào)查和潮流場實時監(jiān)測，生成細(xì)化的潮位、流速、流向分布圖；
13、b)結(jié)合實際數(shù)據(jù)，分析海域潮流特征，結(jié)合海床地形特征，確定潮流能機組布放區(qū)域；
14、c)采用地形、流速、環(huán)境因素等多參數(shù)評估模型，綜合考慮渦流效應(yīng)、潛在障礙物及施工可行性，選擇合適的機組布放位置。
15、所述的高精度層化三維數(shù)值模型搭建方法包括：
16、a)使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)構(gòu)建目標(biāo)海域的三維數(shù)值模型，采用分層處理方式模擬水體在不同深度的流速變化；
17、b)模型邊界條件采用動態(tài)調(diào)和法，結(jié)合潮流分潮和大渦模擬技術(shù)，處理復(fù)雜潮流邊界問題，增強對潮流流動細(xì)節(jié)的捕捉能力，并實現(xiàn)岸線的高精度擬合
18、c)將模型結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行誤差比較與優(yōu)化調(diào)整，確保模型的時空精度達到工程允許的誤差范圍。
19、所述的潮流能資源精細(xì)化評估方法包括：
20、a)基于三維模型輸出結(jié)果，整理目標(biāo)海域內(nèi)完整潮流周期的流速、流向數(shù)據(jù)確定大潮漲急落急時刻和小潮漲急落急時刻，進而確定目標(biāo)海域的潮流能資源的最大潛力和能流密度較低時刻的潮流特征；
21、b)評估區(qū)域內(nèi)潮流穩(wěn)定性，包括流向旋轉(zhuǎn)性和流速不對稱性，采用以下公式：
22、αθ＝180°-|θe-θf|
23、αv＝|1-ve/vf|
24、式中，αθ為潮流流向的旋轉(zhuǎn)性，θfθe分別為漲潮和落潮期間的主軸方向，αv為潮流流速的對稱性，vf和ve分別為漲潮和落潮期間的平均流速。
25、c)基于三維模型的流速數(shù)據(jù)，整理目標(biāo)海域在一個周期內(nèi)的平均流速數(shù)據(jù)和最大流速數(shù)據(jù)，進而計算潮流能平均能流密度和最大能流密度，采用以下公式：
26、
27、式中，pm為一個完整潮流周期的平均能流密度，ρ為海水的密度，為一個完整潮流周期的潮流平均速度，psmax為一個完整潮流周期的最大能流密度，vsmax為一個完整潮流周期的潮流最大速度。
28、d)根據(jù)以上潮流能資源儲量評估方法，從中選擇多個潮流能資源較為豐富的斷面，計算一段時期內(nèi)通過特定水道斷面的潮流能理論蘊藏量，采用以下公式：
29、
30、式中，ptheoretical為潮流能理論蘊藏量；t為初始時刻；t為評估的周期，通常取一年；l為水道的寬度；v為潮流的流速。
31、在實際評估潮流能的理論蘊藏量時，通常面臨著連續(xù)流速數(shù)據(jù)難以獲取的挑戰(zhàn)。相對而言，獲取特定時間和地點的離散流速數(shù)據(jù)較為容易。為了適應(yīng)這種數(shù)據(jù)可用性情況，采用了flux法來估算潮流能的理論蘊藏量，公式如下：
32、ptheoretical＝pm·a
33、式中，a為水道斷面的面積。
34、d)由于目標(biāo)水域的水深較深，水道隨水深的變化顯著，為充分評估水道的潮流能資源，選擇理論蘊藏量最大的斷面，進一步評估單寬能流通量，即單位寬度上流經(jīng)的能流通量，采用以下公式：
35、
36、式中，p為能流通量；h為水深。
37、但是由于流速隨深度的變化顯著，可以將流速視為深度z的函數(shù)，因此能流通量可以表述為：
38、
39、潮流流速的垂直分布一般呈現(xiàn)出指數(shù)分布的特征，常用以下幾種本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于三維高精度數(shù)值模型的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，所述宏觀場址選化方法通過以下步驟實現(xiàn)：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，所述微觀場址選化方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，所述的高精度層化三維數(shù)值模型搭建方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，所述的潮流能資源精細(xì)化評估方法包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，所述的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)使用三角形或四面體網(wǎng)格單元，以提高計算區(qū)域中復(fù)雜地形的模擬精度，并通過網(wǎng)格加密處理提高關(guān)鍵區(qū)域的精度。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于三維高精度數(shù)值模型的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，所述宏觀場址選化方法通過以下步驟實現(xiàn)：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流能陣列場場址選化方法，其特征在于，所述微觀場址選化方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流能陣列場場址選化方法，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顧亞京，鄒天，劉宏偉，林勇剛，任和，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。