海洋可再生能源资源调查与评估指南第3部分:波浪能

海洋可再生能源资源调查与评估指南第3部分:波浪能

国家标准 GB/34910.3一2017 海洋可再生能源资源调查与评估指南 第3部分:波浪能 Guidelinesfo”marinerenewableenergresourcessurveyandassessment 'ar3:waveenergy 2017-12-29发布 2018-04-01实施 中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB;/T34910.3一2017 前 言 GB/T34910《海洋可再生能源资源调查与评估指南》分为4个部分 第1部分:总则; 第2部分;潮汐能 第3部分:波浪能; 第4部分;海流能 本部分为GB/T34910的第3部分 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本部分由国家海祥局提出 本部分由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口 本部分起草单位国家海祥技术中心、国家海祥标准计量中心 本部分主要起草人:姜波、汪小勇、张松、杜敏、丁杰,徐春红周庆伟、张榕、刘富铀、高艳波白杨、 徐辉奋、孟洁,武贺、毕大勇、石勇、侯二虎、孙墨寒,陈家庆、蔡晓睛
GB;/T34910.3一2017 海洋可再生能源资源调查与评估指南 第3部分波浪能 范围 GB/T34910的本部分规定了波浪能资源调查、波浪数值模拟、波浪能资源评估及波浪能资源调查 与评估报告的编写 本部分适用于波浪能资源调查与评估工作 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T12763.2海洋调查规范第2部分;海洋水文观测 GB/T12763.3海洋调查规范第3部分;海洋气象观测 GB/T12763.7海洋调查规范第7部分;海洋调查资料交换 GB/T34910.1一2017海洋可再生能源资源调查与评估指南第1部分;总则 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 波浪能waveenergy 海洋表面波浪所具有的动能和势能 3.2 波高waveheight 波剖面上相邻的波峰与波谷间的铅直距离 注，改写GB/T15920一2010,定义2.4.9 3.3 波周期waeperiod 波剖面上相继两波峰(或者波谷)通过某一固定点所经历的时间 [[GB/T15920-2010,定义2.4.14打 3.4 [主]波向dominantwavedireetiom 波浪传来的方向,正北为零,顺时针计量 3.5 有效波高signifieantwaveheight 将某一时段连续测得的波高序列从大到小排列,取排序后前1/3个波高的平均值 注改写GB/T159202010,定义2.4.36.
GB/T34910.3一2017 3.6 平均周期meanperiod 波浪连续记录中所有波周期的平均值 3.7 ,veleily 群速group 波群传播的速度 注1:深水波的群速为波速的一半 注2:改写GB/T159202010,定义2.4.48 3.8 波速waveveoeity 相速phasevelocit 波形传播的速度,即单位时间内波动传播的距离 3.9 波数wavenumber 单位距离内所包含的波个数的2开倍 3.10 波浪能流密度waveenergyflus 沿波浪传播方向通过单位宽度断面的能通量 3.11 波浪谱wavespeetrum 描述波浪内部能量相对于组成波的频率和方向分布的结构模式 注波浪请可分为频率谱和方向谱 [GB/T159202010,定义2.4.29 3.12 波浪频率谱wavefrequeneyspectrum 波浪能量相对于频率的分布 3.13 波浪方向谱direetionalwavespectrum 波浪能量相对于频率和方向的分布 波浪能资源调查 4.1调查内容 4.1.1观测要素 主要观测要素为波浪;辅助调查要素为风、海流和水深 4.1.2技术指标 4.1.2.1观测单位和测量的准确度 主要观测要素观测单位和测量的准确度为 波高的单位为米(m) 准确度规定为两级;一级为士10%;二级为士15% a b 波周期单位为秒(s) 准确度为士0.5s 波向单位为度("),正北为0",顺时针计量 准确度规定为两级;一级为士5";二级为士10° c
GB;/T34910.3一2017 辅助观测要素观测单位和测量的准确度为 风速单位为米每秒(m/s) 当风速不大于5.0m/s时,准确度为士0.5m/s;当风速大于5.0m/s a 时,准确度为士5% b 风向单位为度(),正北为0",顺时针计量 准确度规定为两级;一级为士5";二级为士10" 流速单位为厘米每秒em/s) 准确度见表1 c d 流向单位为(),正北为0,顺时针计量 准确度为士5 水深单位为米(m),准确度为士2% 表1流速观测的准确度 流速/(cm/s 水深/m 准确度 200 士5em/s 100 200 士3cm/s 200 士5% >100 >200 士3% 4.1.2.2观测时次 所有观测要素除特殊要求,每小时观测一次,并在整点前完成观测,各要素采集结束时间宜尽量靠 近整点 4.1.2.3观测时间长度 谈浪至少在夏季和冬季各连续观测1次,每次观测时间不少于1个月 海流一般选择符合良好天文条件的周日进行不少于3次连续观测,每次观测时间不少于25h. 4.1.2.4采样时间间隔和记录的时间长度 波浪测量的采样时间间隔宜小于或等于0.5s,声学测波仪连续采样宜不少于1024 s,重力测波仪 连续记录的波数宜不少于100个波,记录的时间长度视平均周期的大小而定，一般取17min20min, 将整点前一次记录时间长度内的波高、波周期、波向等波浪要素,作为该整点时刻的波浪要素值 风测量的采样时间间隔为3s,连续采样10min,将整点前10min的平均风速和风向,作为该整点 的风速和相应风向值 海流测量的采样时间间隔宜小于或等于0.5s,通常连续采样3nmin,将整点前3min的平均值,作 为该整点的流速,流向一般为瞬时值 否则,在观测记录上说明采样时间间隔和记录的时间长度 4.2调查方法 4.2.1历史数据收集 可收集的历史资料包括 海祥站和浮标站的波浪、风和海流资料 a 相关遥感资料; b 相关科学(考察)试验的波浪,风和海流资料 c d)波浪、风和海流再分析资料
GB/T34910.3一2017 4.2.2现场调查 4.2.2.1调查仪器 波浪调查宜使用重力测波仪或声学测波仪 调查仪器设备要求按GB/T34910.1一2017的有关规定执行 4.2.2.2站位的选择和布设 站位的选择和布设宜符合下列原则 调查站位能够代表该海域的波浪特征,即测得的波浪要素能够反映该海域波浪的分布特征和 a 变化规律; 调查站位应避开影响波浪的障碍物,布放地点便于维护 b 4.2.2.3调查资料质量控制和数据处理 检查调查获得的原始数据,包括获得机构、调查人员,调查程序、符号、代码、有效数字、单位制、比对 结果、现场校对与订正、量值溯源、测量不确定度等,并对其完整性和合理性进行判断 波浪,水深、海流和风数据处理按GB/T34910.1一2017,GB/T12763.2,GB/T12763.3和GBT12763.7 的有关规定执行,处理后方可使用 5 波浪数值模拟 波浪数值模拟宜满足下列规定 波浪数值模拟采用的数值计算方法应满足稳定性、收敛性和准确性要求 a b 波浪数值模拟宜选用第三代海浪模型,可采用多种海浪模型嵌套使用,应能反映在风场驱动下 波浪的生成、成长、消衰及传播过程 对于近岸复杂地形宜采用嵌套方式或三角网格 波浪数值模拟的范围宜包括对目标海域波浪要素有影响的海域;驱动风场的模拟范围不小于 波浪的模拟范围 d 波浪数值模拟的网格大小宜有足够的空间分辨率,网格结点水深能反映水下地形特征 e 必要时,波浪数值模拟可考虑波一流相互作用 波浪数值模拟和驱动风场的可靠性宜采用现场实测资料进行验证,验证要素主要包括:波高、 fD 波周期波向、风速和风向 波浪能资源评估 6 6. 资源评估的步骤 波浪能资源评估包括以下儿个步骤 可利用第三代海浪模型模拟数据或收集的历史数据对目标海域波浪能资源进行初步评估,如 a 果数据时段足够长,宜对目标海域的波浪能资源长期变化情况进行评估; 宜进行足够长的数值模拟,建立观测站位和网格点处的波浪参数转换矩阵,转换矩阵宜采用现 b 场实测资料进行验证; 运用6.2和6.3进行波浪能资源评估; d 随可用数据的增加,对目标海域波浪能资源宜重新评估
GB;/T34910.3一2017 6.2资源评估参数和计算 6.2.1资源评估参数 波浪能资源评估参数宜包括波浪谱、波高、周期、波向波浪能流密度、有效波时,季节变化指数、变 异系数和波浪能蕴藏量 6.2.2波浪谱计算 假设波浪由一系列不同频率,方向和随机相位波列组成 波面铅直位移()按式(1)计算 zcos(e.)十人. g(.r,y,t a,cosk" ysin(0. wt 9,] 式中: -波面铅直位移; 坐标; 坐标; y 时间; 第n个波分量的振幅; " 第n个波分量的波数， -第n个波分量的传播方向; -第n个波分量的圆频率; o 均匀分布的随机相位 e 波数()按式(2)计算 k=2其/入 2 式中 -波数; 波长 3.1415926 圆频率(o)按式(3)计算 (3 =gktanh(h w" 式中: 圆频率 重力加速度; 水深 频率()按式(4)计算 f=w/(2开 式中 频率 波浪频率谱[s()]按式(5)计算 t s()d/- ,a" 式中: s() 波浪频率谱 波浪方向谱[s(f,0]按式(6)计算
GB/T34910.3一2017 s(f,0)dfd0 式中 s(f,0 波浪方向谱 6.2.3波高、周期、波向和波浪能流密度计算 有效波高(H.,)按式(7)计算 H,=4m 式中 H 有效波高; 波浪谱的0阶矩 n0 若调查仪器记录波浪谱,有效波高按式(7)计算,否则按定义3.5计算 能量周期(T.)按式(8)计算 m1-1 T (8 1o 式中 T 能量周期; 波浪谱的一1阶矩 m- 谱矩(m,)按式(9)计算 s."f m1， 式中 波浪谱的n阶矩,(n=-1,0,l,2,); n 频率间隔(频率分辨率); A N -频率被离散的份数 笛卡尔坐标系下.平均波向()按式(10)计算 s(f,0)sin(0)dfd0 10 =arctan 2斯 s(f,)cos()dfd ，0,0 式中 -平均波向; 波的传播方向 波浪能流密度(P)按式(1l)计算 习c.s,.) P， =Pg 式中 波浪能流密度 海水密度 第n个波分量的群速 Cm 群速(c)按式(12)计算: 2kh 员 tanh(h 12 (1+ Sinh(2h
GB;/T34910.3一2017 式中: 群速 在深水条件下(h/入>1/2),波浪能流密度(P.)按式(13)计算 尸 -"-H:T 13 若调查仪器记录波浪谱,首选公式(11)计算波浪能流密度,深水条件下可按公式(13)计算;若调查 仪器不记录波浪谱,则按公式(14)估算波浪能流密度 波浪能流密度(P.)按式(14)计算 P，=500H2T 14 式中 T 平均周期 6.2.4有效波时计算 计算一年中波浪有效波高范围在1m一4m之间,且能量周期大于3s的累计小时数,即波浪能资 源开发的有效时间,简称有效波时(SWH) 6.2.5季节变化指数计算 季节变化指数(sV)按式(15)计算 Pmnx min SV 15 ear 式中 SV 季节变化指数; P -波浪能最大季节的季平均波浪能流密度 nmnx -波浪能最小季节的季平均波浪能流密度; Pmim 年平均波浪能流密度 P， 6.2.6变异系数计算 变异系数(cOV)按式(16)计算 习P 习尸)/"](n 一1 CcO (16 式中: COV 变异系数; P 平均波浪能流密度 6.2.7波浪能蕴藏量计算 波浪能蕴藏量(N)按式(17)计算: N-jp.山" 式中: N 波浪能蕴藏量; 代表区段长度
GB/T34910.3一2017 6.3资源评估的内容 6.3.1编制波浪能资源图表 将6.2处理好的各种波浪能资源评估参数绘制成图(示例参见附录A) 6.3.2有效波高和能量周期联合分布 以有效波高-能量周期联合分布表(见表2)的形式表示波浪状态的出现比例,表中有效波高间隔不 大于0.5m,能量周期间隔不大于1.0s 表2有效波高-能量周期联合分布表示例 各级有效波 能量周期s 有效波高/m 高出现频率 2.03.0 3.04.0 4.0~5.05.0~6.0 6.07.0 7.08.0 >8.0 0,00,5 0.0 0,0 0.0 0.0 0.0 0.0 0,0 0.0 0,51.0 0.0 0,0 0.1 0.0 0,0 0.0 0,0 0.l 8.7 1.01.5 1.8 0.l1 0,3 6,6 0,0 0,0 0,0 1.52.0 8.7 7.5 27.1 0.0 0,8 0,0 0.0 0,0 2.02.5 0.1 9.1 5.3 0.2 0.0 0.0 14.7 0.0 2.53.0 0.0 0.0 9.4 6.6 0.5 0.0 0.0 16.5 3.03.5 0.0 0.0 0.0 2.9 7.9 0.9 0.0 11.7 3.54.0 0.0 0.0 0,0 1.4 7.3 1.7 0.0 10.4 4.0 0.0 0,0 1.1 8.1 1.5 0.1 0,0 10.8 各级能量周 0.l 0.1 期出现频率 1.2 49.3 44.5 4.8 0,0 100.0 注:调整有效波高和能量周期的上下边界,以保证表中至少包括99%的波浪状态 6.3.3波向频率 计算出在代表8个方位(八方位与度数换算表见表3)的扇区内波向出现的频率 表3八方位与度数换算表 度数 度数 方位 方位 N 337.5"360",0°22.5” 157.5"202.5 NE 22.5"一67.5° Sw 202.5"247.5 E W 67.5"~l12.5° 247.5"292.5 NW SE 112.5"157.5” 292.5”"337.5” 6.3.4波浪能流密度等级划分 计算目标海域年平均波浪能流密度,进行波浪能流密度等级划分(波浪能资源等级见表4)
GB;/T34910.3一2017 表4波浪能流密度等级 等级 名称 /W" 2

4000 3000GB/T34910.3一2017 附 录 A 资料性附录) 波浪能资源图示例 图A.1图A.6给出了波浪能资源图的示例 1.2 1.1 0.9 0.8 0.6 1G p 年平均 月份 图A.1有效波高年变化直方图示例 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 12 年平均 月份 图A.2能量周期年变化直方图示例 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 年平均 月份 图A.3波浪能流密度年变化直方图示例 10
GB;/T34910.3一2017 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 201 2012 平均值 年份 图A.4有效波高年际变化直方图示例 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 201l 2012 平均值 年份 图A.5能量周期年际变化直方图示例 5.0 .5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 .5 1.0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 平均值 年份 图A.6波浪能流密度年际变化直方图示例 11
GB/T34910.3一2017 参 考 文献 [1]GB3100国际单位制及其应用 [27 GB/T3101有关量、单位和符号的一般原则 [时 GB/T3102所有部分量和单位 [幻 GB/T7714信息与文献参考文献著录规则 [ GB/T14914一2006海滨观测规范 io GB/T159202010海洋学术语物理海洋学 [m GB/T187092002风电场风能资源测量方法 Ca GB/T18710一2002风电场风能资源评估方法 o GB/T198342005海洋学术语海洋资源学 HY/T156一2013海浪能量分布图绘制方法 i" JTJ/T2342001波浪模型试验规程 [12]同耀保,Tomjwaabe海详被浪能量综合利用[M.上海，上海科学技术出版社,2n. [13]徐德伦,于定勇.随机海浪理论[M].高等教育出版社,2001. [14]王传崽,卢苇.海洋能资源分析方法及储量评估[M].北京;海祥出版社,2009. [15]文圣常,余宙文,海浪理论与计算原理[CM].北京;海洋出版社,1984 12

了解波浪能：海洋可再生能源资源调查与评估指南第3部分

在GB/T34910.3-2017中，波浪能被定义为海洋表面波动引起的能量。这是一种新兴的可再生能源类型，可以通过转换设备将波浪运动转化为电力。波浪能具有许多优点，比如永久性、可预测性、稳定性和可再生性等。因此，波浪能已成为可再生能源领域的研究热点之一。

波浪能的发电技术主要分为三类：压力式、摆式和振荡式。其中，振荡式技术是目前最常见的波浪发电技术。该技术使用浮标和锚链等组件，将波浪运动转化为机械能，再通过液压传动或直接驱动发电机产生电力。振荡式技术不仅适用于深海，也适合在浅海区域使用。

目前，世界各地都在积极开展波浪能的研究和应用。在欧洲，英国、葡萄牙、爱尔兰等国家已建立了大型波浪发电站。在中国，随着国家对清洁能源政策的推广，波浪能逐渐成为了一个备受关注的领域。目前，中国在波浪能领域取得了一些进展，比如在浙江舟山群岛附近建设了两个小规模的波浪发电站。

总之，波浪能是一种具有良好发展前景的可再生能源类型。虽然该技术目前还存在许多挑战，比如环境保护问题、设备耐久性等，但相信随着科技的不断进步和政策的支持，波浪能将会在未来广泛应用，并为人类提供更加清洁、可持续的能源。

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