加州波浪能源资源评价外文翻译资料

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加州波浪能源资源评价

作者：James H. Wilson and Asfaw Beyene

出处：Journal of Coastal Research, Vol. 23, No. 3 (May, 2007), pp. 679-690

出版： Coastal Education amp; Research Foundation, Inc

网址： https://www.jstor.org/stable/4494237

本文在JSTOR上有链接引用:

https://www.jstor.org/stable/4494237?seq=1amp;cid=pdf-reference#references_tab_conten

James H. Wilsont

海王星科学有限公司

太平洋公路4250号，219室

圣地亚哥，CA 92110，美国

jhwilson@cox.net

Asfaw Beyene

机械工程系

圣地亚哥州立大学

圣地亚哥，CA 92182，美国

abeyene@rohan.sdsu.edu

文章摘要

在这片文章中，深水波浪（gt;100m）的记录被评估，来构成一个长期，稳定又可靠的数据库，这些波浪数据来源于海岸线信息数据项目（CIDP）的浮标数据，在圣地亚哥大学，以及其他数据源（NDBC,NOAA等）。从这个数据库中，长期的年平均，月平均的概率分布用10个一维矩阵来分析，约束于加利福尼亚海岸朝海向100m到1000m的等深线。概率分布用来量化来自加利福尼亚的沿海波浪的可利用能源提取的潜在值。最佳的放置波浪能装置的地点讲详细说明，来自北太平洋的波浪能被加利福尼亚海岸的显著地形变化阻塞。近岸的南加利福尼亚（SOCAL）与北加利福尼亚相比衰减更多波浪能。

关键词：波浪能 加利福尼亚 波线效率

1. 介绍

背景:本文的目的是对加州海浪资源进行量化。海洋状态通常用波高、波峰或主导波周期到、平均波向来概括。利用这些波谱功率谱仪对波峰的能量来源进行了量化，并对波峰的单位长度能量通量进行了估算。海况在一段时间内的变化可以用波浪散点图表示，如图1所示，该散点图显示了具有特定组合H和T的海况发生的频率。从长期波能谱出发，推导出波参数的统计表，对长期波参数进行量化。波能转换器(WEC)制造商使用波散图，根据内部开发的性能模型应用WEC来评估总体或“波到线”的效率。

海浪产生的频率是可变的。低频波被称为巨浪，从通常较远的风暴区传播出去，能量几乎没有损失，在深水中传播数千英里。只有当涌浪到达大陆海岸线附近或岛屿附近的浅水区时，涌浪的能量才会消散。波浪或膨胀能量来自太阳能和风能，但其能量密度比太阳能或风能大几个数量级。事实上，如果世界上的海浪中只有0.2%的能量被利用，它将作为一种可再生资源满足目前世界的所有能源需求(欧洲共同体委员会，加州和美国西海岸拥有强大的海浪和大陆架，大陆架向海迅速加深，产生的能量波资源相对接近海岸，接近数量可观的沿海人口，能源需求巨大。这些都是生产电力所必需的重要因素，因为与其他电力来源相比，西气东输系统的竞争力越来越强。相比之下,尽管附近有一个大的人口东海岸的美国和非常大的波浪在北大西洋,宽,浅大陆架诱发一个非常大的底摩擦损失入射波,使它不切实际的利用这波能量具有成本效益的方式接近海岸。

加州深水区(100米外)波浪资源变化取决于:

（1）从地理位置上看，北加利福尼亚向西的海岸比SOCAL向西南的海岸有更大的空间均匀波

（2）按月份划分，冬季和夏季的海浪静校正差异显著

（3）按年划分，视乎太平洋的主要天气情况而定。厄尔尼诺、拉尼亚或“非马尔”天气模式

在任何波浪资源研究中，预测WECs近岸性能的一个主要障碍是缺乏100米水深等高线内的长期海浪测量，折射效应会导致空间上的波浪参数不均匀。WECs必须放置在尽可能靠近海岸的地方，以减少传输成本，但要在适当的深度，通过减少底部摩擦损失来最大限度地提高WEC效率。波能因底部摩擦损失而损失很少或没有损失的最小深度轮廓通常在100米左右。

图1.典型波散点图 图2.研究中使用了10个1度纬度的矩阵

目标和本研究的方法

此项研究中有三个目标:

（1）编译一个统计数据库基于浮标测量的波动特性和浅水波浪传播建模,包括年平均有效波高,20年最大有效波高、波的周期,编译的函数地理lo阳离子(使用不设增量大于纬度和经度)和季节

（2）估计海浪的潜在可用能量、可产生的电量，以及发展海浪能的最佳地点。加州海岸的系统。

（3）确定影响海浪能发展的因素

我们为加州能源委员会(CEC)完成了一份技术报告，其中包含大量的波浪统计和WEC性能信息(BEYENE and WILSON, 2003)。这篇文章是对CEC报告的技术总结。

为了便于建模，将加利福尼亚海岸附近的深水波浪sta tistics按照东西方向的100- 1000米等高线划分为10个1度纬度，如图2所示。利用模拟波浪近岸(SWAN)模型，对这10个深水区到100米等高线网格点的波浪传播传递函数(WPTFs)进行了预测。这些wptf在任何方面都不依赖于10个地区的深水月波浪测量数据。WPTFs是利用SWAN模型估计的，它是将波浪三次统计量从深水传播到100米等高线内间隔5公里的网格点。然后，将实际的波浪三次统计量与WPTF相乘，得到一个确定的加州测深(图3)。重建的100米等高线波浪静力学可用于评估各种浅水区的潜在WEC性能。SWAN的结果将在以后的文章中讨论。在100米深等高线以西和1000米深等高线以东的深水中，波浪三次统计量在加州以点概念分隔的SOCAL和north and mid-California (诺米德尔卡州)两个加州区域(图2和图3)中可能是均匀的。

SOCAL由Point concept以南的加利福尼亚海岸组成，覆盖两个单纬度盒子:

BOX 1由圣地亚哥县组成(北纬32°30rsquo;至北纬33°30rsquo;);

BOX 2包括奥兰治县、洛杉矶县、文图拉县和南部圣巴巴拉县(北纬33°30′至34°30′)。

诺米德尔卡州由Point conception北部的加利福尼亚海岸组成，覆盖了8个1纬度的BOX:

BOX 3包括北部圣巴巴拉和南部圣路易斯奥比斯波县(34°30 N至35°30 N);

Box 4包括北部圣路易斯奥比斯波和南部蒙特雷县(35°30 N至36°30 N);

Box 5包括北部蒙特雷县和南部圣马特奥县(36°30 N至37°30 N);

Box 6包括北部圣马特奥、旧金山、马林和南部索诺马县(37°30 N至38°30 N);

Box 7包括北部索诺马县和南部门多西诺县(北纬38°30至39°30 N);

Box 8包括北部门多西诺县和南部洪堡县(北纬39°30′至40°30′N);

BOX 9包括北部洪堡县(北纬40°30′至北纬41°30′);

BOX 10包括北角郡(北纬41°30′至42°30′)

二．波浪资料来源

本项目评估了以下五种统计海浪数据来源。

（1）沿海数据信息计划(CDIP)

CDIP (www.cdip.ucsd.edu)是在海岸研究中心,斯克里普斯海洋研究所的(SIO),加州大学圣地亚哥分校和波已经部署和维护,和偶尔的风和电流,测量站在80多个地点沿着加州海岸,俄勒冈州、华盛顿、夏威夷、乔治亚州、明尼苏达州、弗吉尼亚和北卡罗莱纳。波测量离岸深水中使用浮标或压力传感器连接到石油钻井平台形式,包括没有方向的浮标测量波能,最近,定向浮标也测量一些基本的,波场的方向属性,如波方向和定向传播,波频率或时间的函数。

在靠近海岸的10米至20米深处，利用安装在海底附近的压力传感器测量波浪。这些仪器测量压力波动或随波浪变化的水柱高度。这些压力-时间序列可以转换为海平面高度和波浪频谱。shore sta将数据连续存储在数字存储器中。4个压力传感器阵列放置在一个6平方米的配置提供方向信息，类似于方向浮标获得的信息。

除了波浪数据外，在一些地点还收集了风和温度数据。海水温度由浮标或安装在码头上的温度计测量。风速计是用来收集风速数据的，风速数据可以转换成平均风速和最大风速。

在特定地点的所有仪器都通过电缆、移动电话或无线电链路连接到岸上电台。SIO的中央计算机每天自动地询问他们几次。来自所有设备的原始数据都保存在磁盘上，供CDIP客户机访问。经过分析的数据几乎实时地发送到国家气象服务副计算机，以帮助进行海洋天气预报和冲浪预报。

此外，利用数值波浪模型和深水波浪测量，CDIP能够每天数次提供近乎实时的南加州膨胀预测。这些图像是提供给一般海洋学内部，描绘物理特征，如波浪折射和岛屿阴影。图4显示了一个典型的21年CDIP数据的显著波高时间序列

图3.用于波浪统计分析的加利福尼亚数字水深测量 图4.圣地亚哥县海岸(3230 N至3330 N)海岸信息数据程序(CDIP)浮标的显著波高时间序列(以米为单位，蓝色=最小值，绿色=平均值，红色=最大值)与时间的关系。

1. 国家数据浮标中心(NDBC)

NDBC (www.ndbc.noaa.gov)提供约60个浮标和60个沿海海洋自动化网络(C-MAN)站的每小时测量数据。所有的气象站都测量风速、方向和阵风;气压总统确定;和空气温度。所有浮标站及部分C-MAN站亦测量海面温度及海浪高度及周期。这些数据每小时以几乎与系泊浮标数据相同的方式处理和传送给用户。除了传统的数据传输方法外，某些C-MAN站还配备电话调制解调器，允许更频繁地进行数据采集、数据质量检查和远程有效负载重新配置或重新启动。

表1列出了加利福尼亚海岸附近的CDIP和NDBC浮标站以及本研究使用的数据。对水深大于100米的浮标数据给予了较大的重视

1. 综合海洋和大气数据集(COADS)

通过COADS项目保持了142年的海洋历史记录。该项目是美国国家海洋和大气管理局(noaa)及其国家环境卫星、数据和信息服务(NESDIS)和国家气候数据中心(NCDC)及其环境研究之间的合作堡垒。

从1854年至1995年期间观察到的全球海洋数据，主要是由“机会号”船只收集、编辑和统计地总结了这一期间每年每个月的数据。这些测量的温度、湿度、风速、压力波,和云应用到全球和区域研究热平衡和热交换海气界面、El Nifio-Southern振荡(ENSO),北大西洋涛动,卫星数据校准,可持续渔业、四维海洋发行量,架子上动态,沿海形态,海平面上升等等。

这些数据的来源主要是国际船舶报告，其次是系泊浮标的数据。这里使用的COADS数据来自release la，其中包含1970年至1993年的数据(WOODRUFF et al.， 1993)。COADS数据是从一个以特定浮标位置为中心的1度到1度的区域中提取的。在1980年代后期，NOAA NDBC浮标测量数据被添加到COADS数据中。从COADS中选取的数据进行了波高、波周期和波向的观测。WOODRUFF et al.(1993)声称，在进行大量观测时，COADS波统计数据是准确的，即使单船观测可能存在较大误差。然而，在本次分析中，COADS与CDIP/NDBC浮标数据进行了广泛的比较，显著波高的COADS测量值始终明显小于相应的CDIP/NDBC浮标测量值。因此，本研究未使用COADS数据。CDIP和NDBC浮标数据异常吻合。

（4）美国美国陆军工程兵团(USACE)的波浪信息研究(WIS）

使用了来自加州Point构思北部的USACE WIS数据。在USACE WIS项目中，对间距为5nm的非常近海岸网格点进行了波浪能量统计的回溯。这一数据来源显示了在未来加州波浪资源研究中，特别是在诺米德卡州的近岸地区，有很大的应用前景。由于回波数据不包括SOCAL波资源的重要组成部分“南半球涌浪”，所以从未考虑SOCAL的WIS数据。

（5）额外的资源

波浪数据的第五个来源来自太平洋再分析风场(GRAHAM and DIAZ, 2001)，用于选定地点的波浪统计分析。SEYMOUR(1996)已结论性地表明，自上世纪90年代初至90年代中期以来，厄尔尼诺事件的发生次数显著增加。GRAHAM和DIAZ(2001)的研究表明，自1950年以来的50年间，太平洋范围内的风暴频率、风速和波浪能量都在稳步增加。他们利用NCAR再分析风，对太平洋的长波数据进行了回溯分析。这似乎表明，加州海岸线附近的波浪能量呈现出50年的稳定增长，波浪三统计数据库中从1996年到现在记录的波浪增长与SEYMOUR(1996)关于厄尔尼诺现象的观测结果一致。CDIP和NDBC buoy数据库是在20世纪80年代初建立的，因此没有足够的长期数据来显示这一趋势。GRAHAM和DIAZ(2001)认为，这并不意味着太平洋范围内基于风的再分析的波浪活动没有增加，只是没有反映在长期的加

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