-舟山海域特定水道潮流能估算_王智峰

第40卷第8期2010年8月

中国海洋大学学报

PERIODICAL OF OCE AN UNIVERSIT Y OF CH INA

40(8):027~033

Aug.,2010

技术报告

舟山海域特定水道潮流能估算*

王智峰1,周良明2,张弓贲1,王爱芳3

(中国海洋大学1.海洋环境学院;2.物理海洋实验室;3.工程勘察设计开发院,山东青岛266100)

摘要:对舟山海域高亭水道5个站位、灌门水道8个站位的连续26h实测潮流资料进行分析。结果表明:高亭水道和灌门水道均为不规则半日潮,各站总的垂向平均流速在1m/s以上。介绍了国际上常用的估算潮流能的方法:Far m方法和F lux方法,并用这2种方法分别对高亭水道和灌门水道潮流能进行估算。近似得到高亭水道可开发潮流能功率在4.67 ~5.31M W之间,灌门水道可开发潮流能功率在7.92~9.37M W之间。综合2水道可开发潮流能,换算成1a的发电量,约占舟山市2005年用电总量的6%~7%。

关键词:潮流能;高亭水道;灌门水道;F arm方法;Flux方法

中图法分类号:P731.21文献标志码:A文章编号:1672-5174(2010)08-027-07

总能量是指潮流做水平运动所含有的动能[1],可利用潮流能是指可以通过发电装置转化为电能的那部分潮流能。本文旨在研究能够被开发利用的潮流能,一般说来,最大流速在2m/s以上的水道,其潮流能均有实际开发的价值。

我国各海区潮流能分布[2],东海最强,主要分布在长江口和舟山海域;渤海和黄海次之,其中渤海主要为辽东半岛老铁山水道,黄海主要分布在江苏斗龙港至小洋口一带;南海沿岸最弱,主要分布在台湾海峡、琼州海峡附近。根据1989年5全国沿岸农村海洋能资源区划6,东海沿岸理论平均功率为11GW,占全国总量的78.6%;黄海沿岸平均功率2.3GW,占全国总量的16.5%;南海沿岸平均功率0.68GW,占全国总量的4.9%。实际上,中国沿岸还有很多强潮流水道因缺乏资料尚未统计。

舟山海域是全国著名的强潮海区,部分水道涨落潮流速度可达2~3m/s,其中蕴含了丰富的潮流能,特别是金塘水道、龟山航门、西候门水道等均为全国潮流能能量密度最大的地区[3]。除此之外,舟山海域水道众多,四通八达,开发利用潮流能站址选择余地大,与交通航运和其他海洋开发工程不会互相影响,且水道多受岛屿掩护,海况较平稳,海岸多为基岩岸,具有优越的开发环境。

舟山潮流能利用研究始于1970年代末,首先在舟山海域进行了8kW潮流发电机组原理性试验,并得到了6.3kW的电力输出。1986)1989年,我国实施了全国海洋资源区划,陈耕心[4]对浙江沿岸和长江口区潮流能进行了估算。1996年,哈尔滨工程大学在国家/九五0科技攻关等科技计划的支持下,自行设计并在浙江省舟山市岱山县龟山水道建造了我国第一座70 kW潮流实验电站/万向号0。2002年,中科院高技术局完成了国家重点科技攻关计划/70千瓦潮流实验电站0的研建,为我国可再生能源海洋潮流能开发开创了新途径,标志着我国的潮流能研究已基本达到国际同期先进水平。作为国家863计划之一的40kW潮流能发电实验电站实用化项目,于2005年在岱山县建成发电。2006年,浙江大学研制的国内第一台/水下风车05kW固定式水平轴潮流能装置模型样机在舟山地区岱山县进行了海流试验并发电成功。

鉴于舟山海域良好的开发条件和环境,对其潮流能的估算成为必不可少的一部分。就目前来说,尚无人对本文所关注的高亭水道潮流能进行估算。仅陈耕心[4]曾用当时方法给出灌门水道潮流能估算,但由于其仅考虑大、小潮最大流速,缺乏全周期观测资料,得出潮流能估算值偏大。本文首先对高亭水道和灌门水道观测的潮流数据进行分析,然后根据国际上常用的Farm和Flux两种方法对高亭水道和灌门水道的潮流能进行了估算。

1舟山海域特定水道潮流观测资料分析

舟山海域群岛众多,地形复杂,曹欣中等[5]、张燕等[6]分别对该海域的潮流进行了数值模拟研究。该海域M2分潮占优,潮流属半日潮型,平均涨潮流大于平均落潮流、落潮历时比涨潮历时略长。最大流输运态势和余流输运态势基本一致,均有利于污染物质向外海输送。

*收稿日期:2009-06-23;修订日期:2009-12-25

作者简介:王智峰(1984-),男,博士生。E-mail:wz f1984@

中 国 海 洋 大 学 学 报2010年

表1 高亭水道潮流统计资料

T able 1 Statistical char acter istics of t idal cur rent in Gao ting Channel

观测点O bserv atio n statio n

潮次T idal time

位置L ocatio n 30b N 122b E 水深Depth/m

垂向平均V ert ical mean

平均涨潮流速M ean flo od current velocit y /cm #s

-1

平均落潮流速M ean ebb cur rent

velo city /cm #s

-1

平均流速M ean v elocity /cm #s -1

平均涨潮历时M ean flo od -t ide

dur atio n /h 平均落潮历时M ean ebb -t ide dur ation /h A 1大潮13c 10.11d N 12'24.33d E 39137961167 5.5A 2小潮13'23.36d N 12'13.80d E 4273101847.55A 3大潮13'48.06d N 11'55.52d E 758311197 5.57A 4大潮13'08.14d N 13'01.66d E 7510486967 5.5A 5

大潮

13'24.42d N 12'48.86d E

56

120

140

130

6

6.5

1.1高亭水道潮流观测资料分析

高亭水道位于官山岛与岱山岛之间(见图1),水道狭窄,流速较大。利用2007年12月在高亭水道AD -CP 观测所得的5个站位(A1站~A5站,具体位置见

表1),6个层次(表层、0.2,0.4,0.6,0.8层和底层),26h 连续实测潮流资料进行处理(见图2~3),得到高亭水道的潮流统计资料(见表1)

。

图1 研究区域示意图F ig.1 P osit ion of the study a rea

由图2~3可以看到明显的往复流运动形式,涨潮流方向在250(b )~300(b )左右,落潮流方向在100(b )~150(b )左右,转流时流向变化较为剧烈。高亭水道海底地形较为复杂,导致各站位流速与流向变化不规则。统计得到,各站垂向平均流速在0.84~ 1.3m/s 之间,大潮期间A1,A3,A5站平均涨潮流速大于平均落潮流速,平均涨潮历时小于平均落潮历时,而大潮期间A4站及小潮期间A2站则为平均涨潮流速小于平均落潮流速,

平均涨潮历时大于平均落潮历时。

图2 高亭水道各站位(A 1~A5站)26h 垂向平均流速

Fig.2 V ertical aver ag e velocity of 26hours at ever y station (statio n:A 1~A 5)in Gao ting Channel

28