海洋能電站發(fā)電量計(jì)算技術(shù)規(guī)范2022-03-09發(fā)布2022-10-01實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T41340.2—2022前言 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14工作流程 l5陣列規(guī)模的等級(jí)劃分 16資料收集 27現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè) 27.1水深和海岸地形測(cè)量 27.2潮流觀測(cè) 27.3水位觀測(cè) 27.4風(fēng)觀測(cè) 27.5波浪觀測(cè) 28數(shù)值模擬 28.1風(fēng)數(shù)值模擬 28.2潮流數(shù)值模擬 38.3波浪數(shù)值模擬 49微觀選址 410發(fā)電量計(jì)算方法 410.1發(fā)電量計(jì)算參數(shù) 410.2波浪能流密度計(jì)算 410.3有效波高計(jì)算 510.4能量周期計(jì)算 610.5能量矩陣計(jì)算 610.6捕能長(zhǎng)度矩陣計(jì)算 610.7理論年發(fā)電量計(jì)算 710.8年上網(wǎng)電量 711技術(shù)報(bào)告 7附錄A(資料性)波浪能量矩陣和捕獲長(zhǎng)度矩陣示例 8參考文獻(xiàn) 9Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T41340《海洋能電站發(fā)電量計(jì)算技術(shù)規(guī)范》的第2部分。GB/T41340已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第1部分：潮流能；——第2部分：波浪能。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中華人民共和國自然資源部提出。本文件由全國海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC283)歸口。本文件起草單位：國家海洋技術(shù)中心、中國科學(xué)院廣州能源研究所、集美大學(xué)。在“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)下，發(fā)展海洋能等清潔低碳能源，可以大大減少CO?的排放水平，助力落實(shí)國家雙碳目標(biāo)戰(zhàn)略。在這方面，我國已經(jīng)建立了支撐海洋能調(diào)查評(píng)估與開發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)體系。在該標(biāo)準(zhǔn)體系中，GB/T41340《海洋能電站發(fā)電量計(jì)算技術(shù)規(guī)范》是指導(dǎo)我國海洋能電站發(fā)電量計(jì)算的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。GB/T41340旨在確立海洋能電站發(fā)電量計(jì)算的流程、微觀選址和發(fā)電量計(jì)算方法，由兩個(gè)部分構(gòu)成?！?部分：潮流能。目的在于確立適用于潮流能電站的發(fā)電量計(jì)算工作。——第2部分：波浪能。目的在于確立適用于波浪能電站的發(fā)電量計(jì)算工作。研制海洋能電站發(fā)電量計(jì)算技術(shù)規(guī)范，規(guī)范海洋能發(fā)電站計(jì)算方法，是大規(guī)模開發(fā)利用海洋能資源的重要技術(shù)保障。1海洋能電站發(fā)電量計(jì)算技術(shù)規(guī)范第2部分：波浪能本文件規(guī)定了波浪能電站發(fā)電量計(jì)算的工作流程、陣列規(guī)模的等級(jí)劃分、資料收集、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、數(shù)值模擬、微觀選址、發(fā)電量計(jì)算方法和技術(shù)報(bào)告的編寫內(nèi)容。本文件適用于波浪能電站發(fā)電量計(jì)算。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB12327海道測(cè)量規(guī)范GB/T12763.2海洋調(diào)查規(guī)范第2部分：海洋水文觀測(cè)GB/T12763.3海洋調(diào)查規(guī)范第3部分：海洋氣象觀測(cè)GB/T33543.1海洋能術(shù)語第1部分：通用GB/T33543.2海洋能術(shù)語第2部分：調(diào)查和評(píng)價(jià)GB/T33543.3海洋能術(shù)語第3部分：電站GB/T34910.3海洋可再生能源資源調(diào)查與評(píng)估指南第3部分：波浪能GB/T34910.4海洋可再生能源資源調(diào)查與評(píng)估指南第4部分：海流能3術(shù)語和定義GB/T33543.1、GB/T33543.2和GB/T33543.3界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4工作流程工作流程包含的內(nèi)容如下：a)機(jī)組陣列規(guī)模等級(jí)劃分，根據(jù)波浪能電站機(jī)組數(shù)量，按第5章的規(guī)定確定機(jī)組陣列規(guī)模等級(jí)；b)資料收集，根據(jù)波浪能電站站址確定研究區(qū)域，按第6章的規(guī)定收集歷史資料；c)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，根據(jù)歷史資料收集情況及數(shù)值模擬需要，按第7章的規(guī)定進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)；d)數(shù)值模擬，按第8章的規(guī)定進(jìn)行風(fēng)、潮流和波浪數(shù)值模擬；e)微觀選址，按第9章的規(guī)定進(jìn)行微觀選址；f)發(fā)電量計(jì)算方法，按第10章的規(guī)定計(jì)算波浪能電站的發(fā)電量；g)技術(shù)報(bào)告編制，按第11章的規(guī)定編制波浪能電站發(fā)電量計(jì)算技術(shù)報(bào)告。5陣列規(guī)模的等級(jí)劃分陣列規(guī)模的等級(jí)劃分應(yīng)遵守表1的規(guī)定。2表1陣列規(guī)模的等級(jí)劃分規(guī)模等級(jí)機(jī)組臺(tái)數(shù)一級(jí)(小)二級(jí)(中)三級(jí)(大)6資料收集應(yīng)收集研究海域近10年的海洋觀測(cè)站、浮標(biāo)、船舶報(bào)、衛(wèi)星高度計(jì)等歷史觀測(cè)資料。主要包括：波浪觀測(cè)資料、水深及岸線數(shù)據(jù)、潮流觀測(cè)資料、海冰資料、氣象資料和地質(zhì)資料。7現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)7.1水深和海岸地形測(cè)量應(yīng)按GB12327的規(guī)定進(jìn)行水深和海岸地形測(cè)量。比例尺不小于1:2000。7.2潮流觀測(cè)應(yīng)按GB/T34910.4的規(guī)定進(jìn)行潮流觀測(cè)。7.3水位觀測(cè)應(yīng)按GB/T12763.2的規(guī)定進(jìn)行水位觀測(cè)。水位觀測(cè)應(yīng)連續(xù)不少于1年。站位布設(shè)密度應(yīng)控制研究海域的潮汐變化，相鄰站位之間距離應(yīng)滿足最大潮高差不大于1m、最大潮時(shí)差不大于2h、潮汐性質(zhì)基本相同。應(yīng)按GB/T12763.3的規(guī)定進(jìn)行風(fēng)觀測(cè)。風(fēng)觀測(cè)應(yīng)連續(xù)觀測(cè)不少于1年。一級(jí)、二級(jí)機(jī)組陣列規(guī)模風(fēng)觀測(cè)站宜不少于1個(gè)，三級(jí)機(jī)組陣列規(guī)模電站風(fēng)觀測(cè)站宜不少于2個(gè)。7.5波浪觀測(cè)為波浪模式的建模及檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，應(yīng)按GB/T34910.3的規(guī)定進(jìn)行波浪觀測(cè)。一級(jí)機(jī)組陣列規(guī)模電站波浪觀測(cè)站宜不少于2個(gè)，二級(jí)機(jī)組陣列規(guī)模電站波浪觀測(cè)站宜不少于5個(gè)，三級(jí)機(jī)組陣列規(guī)模電站波浪觀測(cè)站宜不少于波浪發(fā)電機(jī)組數(shù)量的1/5。在海底地形復(fù)雜波浪特性有明顯變化的海域，可適當(dāng)增加觀測(cè)站位。8數(shù)值模擬8.1風(fēng)數(shù)值模擬宜選取中尺度大氣模式，可采取多種模式嵌套使用。選用的大氣模式應(yīng)考慮積云、長(zhǎng)波輻射、短波3GB/T41340.2—2022輻射等物理過程和邊界層的影響，可同化觀測(cè)資料改善模式運(yùn)行所需的初始場(chǎng)和邊界條件。8.1.2方案比選和優(yōu)化進(jìn)行關(guān)鍵物理過程參數(shù)化方案的比選和優(yōu)化試驗(yàn)，最終確定適用于波浪能電站及其周邊海域的方案。8.1.3檢驗(yàn)方法應(yīng)采用多源觀測(cè)資料對(duì)模擬結(jié)果檢驗(yàn)和評(píng)估。檢驗(yàn)應(yīng)包括但不限于強(qiáng)冷空氣和臺(tái)風(fēng)等典型天氣系統(tǒng)過程的檢驗(yàn)，以及一般狀態(tài)下的檢驗(yàn)。風(fēng)速宜進(jìn)行平均絕對(duì)誤差、均方根誤差和平均誤差檢驗(yàn)，見公式(1)～公式(3);風(fēng)向宜進(jìn)行平均絕對(duì)誤差檢驗(yàn)，見公式(4)。平均絕對(duì)誤差按公式(1)計(jì)算：pmAE——參數(shù)p的平均絕對(duì)誤差；N——參數(shù)p的觀測(cè)、模擬數(shù)目；pw,——參數(shù)p的第i個(gè)模擬值；po,——參數(shù)p的第i個(gè)觀測(cè)值。均方根誤差按公式(2)計(jì)算： (2)prnsE——參數(shù)p的均方根誤差平均誤差按公式(3)計(jì)算：pme——參數(shù)p的平均誤差。方向平均絕對(duì)誤差按公式(4)計(jì)算： 0,——參數(shù)θ的第i個(gè)模擬值；0?,——參數(shù)θ的第i個(gè)觀測(cè)值。8.1.4數(shù)據(jù)輸出輸出要素為風(fēng)速、風(fēng)向；海拔高度應(yīng)滿足波浪模型要求；時(shí)間長(zhǎng)度不少于10年；空間分辨率不低于10km×10km;時(shí)間分辨率不低于1h。8.2潮流數(shù)值模擬通過敏感性分析，若潮流對(duì)波浪影響顯著,應(yīng)按GB/T34910.4中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行潮流數(shù)值模擬。48.3波浪數(shù)值模擬宜選取第三代波浪數(shù)值模型，選用的波浪模式應(yīng)充分考慮波浪淺化、折射、底摩擦、水深引起的波浪破碎、白帽、風(fēng)能輸入、波-波非線性相互作用等物理過程的影響，可用于風(fēng)浪、涌浪和混合浪的模擬計(jì)算。波浪數(shù)值模擬可考慮波-流相互作用。波浪數(shù)值模擬應(yīng)考慮波浪能發(fā)電機(jī)組對(duì)海洋動(dòng)力環(huán)境的影響。8.3.2方案比選和優(yōu)化分別選取強(qiáng)冷空氣和臺(tái)風(fēng)等典型天氣系統(tǒng)，進(jìn)行關(guān)鍵物理過程參數(shù)化方案比選試驗(yàn)，進(jìn)行初始條件、邊界條件的敏感性試驗(yàn)，最終建立適合于波浪能電站及其周邊海域的方案。應(yīng)采用多源觀測(cè)資料對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估。檢驗(yàn)應(yīng)包括但不限于強(qiáng)冷空氣、臺(tái)風(fēng)等典型天氣系統(tǒng)過程，以及一般狀態(tài)下的檢驗(yàn)?；诙嘣从^測(cè)資料對(duì)模擬有效波高、能量周期和波浪能流密度進(jìn)行平均絕對(duì)誤差、均方根誤差和平均誤差檢驗(yàn)，見公式(1)～公式(3)。對(duì)模擬的波向進(jìn)行平均絕對(duì)誤差輸出要素為有效波高、能量周期、波向和波浪能流密度；時(shí)間長(zhǎng)度不少于10年；最高空間分辨率不低于50m;時(shí)間分辨率不低于1h。9微觀選址微觀選址應(yīng)遵循下列原則：a)綜合海洋功能區(qū)劃、環(huán)保、地形和地質(zhì)等，避免無效機(jī)位；b)充分考慮電站站址內(nèi)盛行波向、有效波高、能量周期等波況條件；c)考慮極端天氣和海況對(duì)機(jī)組的影響；d)根據(jù)波浪能資源分布情況和具體地形，進(jìn)行機(jī)組選型；e)綜合單機(jī)發(fā)電量和機(jī)組陣列間的相互影響，擬定若干個(gè)波浪機(jī)組陣列布置方案，進(jìn)行多方案比選優(yōu)化；f)在綜合考慮投資、建設(shè)安裝難度等問題并確保發(fā)電量的前提下，集中機(jī)位以提高波浪電站的綜10發(fā)電量計(jì)算方法10.1發(fā)電量計(jì)算參數(shù)發(fā)電量計(jì)算參數(shù)宜包括波浪能流密度、有效波高、能量周期、能量矩陣、捕能長(zhǎng)度矩陣、理論年發(fā)電量和年上網(wǎng)電量。10.2波浪能流密度計(jì)算波浪能流密度按公式(5)計(jì)算：5GB/T41340.2—2022p——海水密度，單位為千克每立方米(kg/m3);g——重力加速度，單位為米每二次方秒(m/s2)S(f)——第n個(gè)波分量的譜密度，單位為二次方米每赫茲(m2/Hz)。群速按公式(6)計(jì)算：波浪頻率譜按公式(7)計(jì)算：…………(7)波數(shù)可按公式(8)計(jì)算：圓頻率按公式(9)計(jì)算：頻率按公式(10)計(jì)算：f=w/(2π)………………(10)譜矩按公式(11)計(jì)算：m,——波浪譜的n階矩，(n=-1,0,1,2,…),單位為二次方米每n次方秒(m2/s");△f;——第i個(gè)頻率間隔(頻率分辨率),單位為赫茲(Hz)。有效波高按公式(12)計(jì)算：H、=4√m?………(12)6GB/T41340.2—2022m?——波浪譜的0階矩。10.4能量周期計(jì)算能量周期按公式(13)計(jì)算：m-——波浪譜的一1階矩?！?0.5能量矩陣計(jì)算能量矩陣(見附錄A中表A.1)按公式(14)計(jì)算：……(14)e;——能量矩陣中(i,j)單元格的能量比例；P;;——為(i,j)單元格的總能流密度，單位為瓦每米(W/m);N——模擬數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)；能量矩陣中有效波高間隔應(yīng)不大于0.5m,能量周期間隔應(yīng)不大于1.0s。(i,j)單元格的總功率密度(P;;)按公式(15)計(jì)算：n;;——為(i,j)單元格的模擬數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；P?——為(i,j)單元格第k個(gè)模擬的波浪能流密度，單位為瓦每米(W/m)。模擬數(shù)據(jù)總個(gè)數(shù)(N)宜按公式(16)計(jì)算：平均波浪能流密度(P)宜為10年平均值，按公式(17)計(jì)算：………(16)式中：P;——第i年平均波浪能流密度，單位為瓦每米(W/m)。10.6捕能長(zhǎng)度矩陣計(jì)算捕能長(zhǎng)度矩陣(見表A.2)按公式(18)計(jì)算：L;;——捕能長(zhǎng)度矩陣中(i,j)單元格的捕能長(zhǎng)度，單位為米(m);Pwec——(i,j)單元格波浪能發(fā)電機(jī)組的輸出功率，單位為瓦(W);7GB/T41340.2—2022P——(i,j)單元格波浪能流密度，單位為瓦每米(W/m)。10.7理論年發(fā)電量計(jì)算單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)組理論年發(fā)電量按公式(19)計(jì)算：Q——單臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)組理論年發(fā)電量，單位為千瓦時(shí)(kW·h);H——年小時(shí)數(shù)，單位為小時(shí)(h)。波浪能電站理論年發(fā)電量按公式(20)計(jì)算：E——波浪能電站理論年發(fā)電量，單位為千瓦時(shí)(kW·h);m——波浪能電站機(jī)組數(shù)量；Q——第k臺(tái)波浪能發(fā)電機(jī)組理論年發(fā)電量，單位為千瓦時(shí)(kW·h)。10.8年上網(wǎng)電量波浪能電站的年上網(wǎng)電量按公式(21)計(jì)算：E=CeE…………(21)E——波浪能電站年上網(wǎng)電量，單位為千瓦時(shí)(kW·h);Cs——綜合折減系數(shù)，與電力傳輸損耗、機(jī)組檢修時(shí)間、極端條