一种基于风-浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法制造方法及图纸

本申请公开了一种基于风

【技术实现步骤摘要】
一种基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法


[0001]本专利技术涉及一种基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，属于海洋能利用领域。

技术介绍

[0002]能源是人类生活和社会前进发展的重要物质基础，工业技术的发展使得世界能源的需求大大增加。传统化石能源的大量开采和使用带来了能源储量危机和环境污染等问题，发展可再生能源是解决能源问题的重要举措。海洋能是指海洋中的可再生能源，包括海上风能和波浪能，海上风能和波浪能储量庞大，容易获取，清洁无污染。近年来，海上风能和波浪能逐渐成为可再生能源开发与利用的重点。海上风能的开发技术已经趋近成熟，波浪能的开发技术也在日益进步，但将两种资源联合开发的情况还较少，处于起步阶段。
[0003]在开发海上风能和波浪能之前，首先需要对拟开发区域风能和波浪能资源的开发潜力进行评估，了解两种资源的时间和空间分布特征，为后续海洋能源的开发利用提供依据。近几年各种形式的风
‑
浪联合发电装置层出不穷，但此类装置的提出往往脱离具体的资源条件，未考虑拟开发海域的风候和波候。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本申请提出一种基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，从风和波浪的资源条件入手，为风
‑
浪联合利用的选址、风
‑
浪联合装置的选型、风
‑
浪项目的决策提供科学依据。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是，一种基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，包括以下步骤：
[0006]1)获取目标海域的风、浪数据；
[0007]2)通过数据分析给出适合风能和波浪能联合开发的重点开发区域；
[0008]3)分析重点开发区域的风、浪数据，得到风速的边缘分布、有效波高和能量周期的联合分布；
[0009]4)利用风速概率分布和风机功率曲线，计算不同风机的平均发电功率；利用有效波高和能量周期的联合概率分布和波浪能装置的功率矩阵，计算不同波浪能装置的平均发电功率；
[0010]5)根据获能占比和发电效率两种指标，筛选发电特性最优的波浪能装置和风机。
[0011]优化的，上述基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，在步骤1)中，获取目标海域的风、浪数据的方法包括，
[0012]下载风场数据，借助SWAN、WAVE WATCH III等第三代数值海浪模拟软件对波浪的数据进行模拟；收集实测数据；下载公开的再分析数据，对获取数据进行完整性、合理性检验。
[0013]优化的，上述基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，在步骤2)中，其过程包括：利用获取的风和波浪多年的同步数据，计算得到目标海域年平均风功率密度和年平均波浪能流密度、风能和波浪能的变异系数、相关系数和评估两能种功率平滑程度的指标THD。
[0014]优化的，上述基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，在步骤2)中，年平均风功率密度为
[0015][0016]年平均波浪能流密度为
[0017][0018]其中，n为数据个数，ρ
air
为w米处的空气密度，ρ
water
为海水的密度，V
w
为高度w处的风速，g为重力加速度，H
s
为有效波高，T
e
为波浪的能量周期；
[0019]T
e
为
[0020]其中，ω
e
为波浪能量频率，m
‑1和m0是波浪谱S(ω)的
‑
1和0阶矩；
[0021]风
‑
浪之间相关系数R为：
[0022][0023]其中，为风能密度P
wind
的标准差，为波功率密度P
wave
的标准差；
[0024]风能密度变异系数COV
wind
为
[0025]波功率密度变异系数COV
wave
为
[0026]功率平滑指标THD为
[0027]优化的，上述基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，步骤3)具体包括，
[0028]301)计算风机轮毂高度处的风速，求解风速的边缘分布；
[0029]302)按照一定间隔将有效波高和能量周期划分区间，统计落入每个网格区间内的数据个数，除以数据总数即为该网格区间对应的有效波高和能量周期的发生概率，即为有效波高和能量周期的联合分布；波浪周期可选为谱峰周期或能量周期，与波浪能装置功率矩阵中的周期类型保持一致。
[0030]优化的，上述基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，步骤301)中，风速的边缘分布的方法包括基于分布拟合的概率法求解风速的边缘分布或者统
计分析法求解风速的边缘分布：
[0031]基于分布拟合的概率法求解风速的边缘分布具体为：风速的边缘分布服从两参数的威布尔分布，其概率密度表达式为：
[0032][0033]其中，α为形状参数，β为尺度参数，w为平均风速；
[0034]风速的边缘分布函数为：
[0035][0036]对已有的风速数据进行威布尔分布拟合，基于最小二乘法得到威布尔分布中的未知参数，带入风速的边缘分布函数可得到风速的边缘分布；
[0037]统计分析法求解风速的边缘分布的方法包括，
[0038]以一定的间隔划分总区间获得若干分区间，统计落入每个分区间内的数据个数，以不同区间的数据个数除以全部分区间的数据个数总和得到该分区间风速的发生概率；风速最小值至最大值落入总区间内；
[0039]风速对应的高度取决于风机轮毂高度，海平面以上10m处的风速已知，其他高度处的风速可由公式换算得到：
[0040][0041]其中，Z0为地面粗糙度，V
10
为10m标准高度处的风速，V
w
为高度w处的风速。
[0042]优化的，上述基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，在步骤4)中，风机的平均发电功率的求解公式为
[0043]或者
[0044]其中，P
wind
为风机的平均输出功率；P(w)为风机的功率曲线；u
cut
‑
in
和u
cut
‑
out
分别为风机的切入、切出风速；U的取值范围为[u
cut
‑
in
，u
cut
‑
out
]；F
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，其特征在于：包括以下步骤：1)获取目标海域的风、浪数据；2)通过数据分析给出适合风能和波浪能联合开发的重点开发区域；3)分析重点开发区域的风、浪数据，得到风速的边缘分布、有效波高和能量周期的联合分布；4)利用风速概率分布和风机功率曲线，计算不同风机的平均发电功率；利用有效波高和能量周期的联合概率分布和波浪能装置的功率矩阵，计算不同波浪能装置的平均发电功率；5)根据获能占比和发电效率两种指标，筛选发电特性最优的波浪能装置和风机。2.根据权利要求1所述的基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，其特征在于：在步骤1)中，获取目标海域的风、浪数据的方法为：下载风场数据，借助SWAN、WAVE WATCH III等第三代数值海浪模拟软件对波浪的数据进行模拟；或者收集实测数据；或者下载公开的再分析数据，对获取数据进行完整性、合理性检验。3.根据权利要求1所述的基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，其特征在于：在步骤2)的过程包括：利用获取的风和波浪多年的同步数据，计算得到目标海域年平均风功率密度和年平均波浪能流密度、风能和波浪能的变异系数、相关系数和评估两能种功率平滑程度的指标THD。4.根据权利要求1所述的基于风
‑
浪资源的风机和波浪能装置联合开发最优配置选型方法，其特征在于：步骤3)具体包括，301)计算风机轮毂高度处的风速，求解风速的边缘分布；302)按照一定间隔将有效波高和能量周期划分区间，统计落入每个网格区间内的数据个数，除以数据总数即为该网格区间对应的有效波高和能量周期的发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：史宏达，李妍妮，曹飞飞，覃小苏，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：