（高清版）GBT 41340.2-2022 海洋能电站发电量计算技术规范 第2部分：波浪能VIP

海洋能电站发电量计算技术规范2022-03-09发布2022-10-01实施国家标准化管理委员会IGB/T41340.2—2022前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14工作流程 l5阵列规模的等级划分 16资料收集 27现场观测 27.1水深和海岸地形测量 27.2潮流观测 27.3水位观测 27.4风观测 27.5波浪观测 28数值模拟 28.1风数值模拟 28.2潮流数值模拟 38.3波浪数值模拟 49微观选址 410发电量计算方法 410.1发电量计算参数 410.2波浪能流密度计算 410.3有效波高计算 510.4能量周期计算 610.5能量矩阵计算 610.6捕能长度矩阵计算 610.7理论年发电量计算 710.8年上网电量 711技术报告 7附录A(资料性)波浪能量矩阵和捕获长度矩阵示例 8参考文献 9Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/T41340《海洋能电站发电量计算技术规范》的第2部分。GB/T41340已经发布了以下部分：——第1部分：潮流能；——第2部分：波浪能。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国自然资源部提出。本文件由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口。本文件起草单位：国家海洋技术中心、中国科学院广州能源研究所、集美大学。在“碳达峰、碳中和”战略目标下，发展海洋能等清洁低碳能源，可以大大减少CO₂的排放水平，助力落实国家双碳目标战略。在这方面，我国已经建立了支撑海洋能调查评估与开发利用标准体系。在该标准体系中，GB/T41340《海洋能电站发电量计算技术规范》是指导我国海洋能电站发电量计算的基础性标准。GB/T41340旨在确立海洋能电站发电量计算的流程、微观选址和发电量计算方法，由两个部分构成。——第1部分：潮流能。目的在于确立适用于潮流能电站的发电量计算工作。——第2部分：波浪能。目的在于确立适用于波浪能电站的发电量计算工作。研制海洋能电站发电量计算技术规范，规范海洋能发电站计算方法，是大规模开发利用海洋能资源的重要技术保障。1海洋能电站发电量计算技术规范第2部分：波浪能本文件规定了波浪能电站发电量计算的工作流程、阵列规模的等级划分、资料收集、现场观测、数值模拟、微观选址、发电量计算方法和技术报告的编写内容。本文件适用于波浪能电站发电量计算。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB12327海道测量规范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/T33543.1海洋能术语第1部分：通用GB/T33543.2海洋能术语第2部分：调查和评价GB/T33543.3海洋能术语第3部分：电站GB/T34910.3海洋可再生能源资源调查与评估指南第3部分：波浪能GB/T34910.4海洋可再生能源资源调查与评估指南第4部分：海流能3术语和定义GB/T33543.1、GB/T33543.2和GB/T33543.3界定的术语和定义适用于本文件。4工作流程工作流程包含的内容如下：a)机组阵列规模等级划分，根据波浪能电站机组数量，按第5章的规定确定机组阵列规模等级；b)资料收集，根据波浪能电站站址确定研究区域，按第6章的规定收集历史资料；c)现场观测，根据历史资料收集情况及数值模拟需要，按第7章的规定进行现场观测；d)数值模拟，按第8章的规定进行风、潮流和波浪数值模拟；e)微观选址，按第9章的规定进行微观选址；f)发电量计算方法，按第10章的规定计算波浪能电站的发电量；g)技术报告编制，按第11章的规定编制波浪能电站发电量计算技术报告。5阵列规模的等级划分阵列规模的等级划分应遵守表1的规定。2表1阵列规模的等级划分规模等级机组台数一级(小)二级(中)三级(大)6资料收集应收集研究海域近10年的海洋观测站、浮标、船舶报、卫星高度计等历史观测资料。主要包括：波浪观测资料、水深及岸线数据、潮流观测资料、海冰资料、气象资料和地质资料。7现场观测7.1水深和海岸地形测量应按GB12327的规定进行水深和海岸地形测量。比例尺不小于1:2000。7.2潮流观测应按GB/T34910.4的规定进行潮流观测。7.3水位观测应按GB/T12763.2的规定进行水位观测。水位观测应连续不少于1年。站位布设密度应控制研究海域的潮汐变化，相邻站位之间距离应满足最大潮高差不大于1m、最大潮时差不大于2h、潮汐性质基本相同。应按GB/T12763.3的规定进行风观测。风观测应连续观测不少于1年。一级、二级机组阵列规模风观测站宜不少于1个，三级机组阵列规模电站风观测站宜不少于2个。7.5波浪观测为波浪模式的建模及检验模拟结果，应按GB/T34910.3的规定进行波浪观测。一级机组阵列规模电站波浪观测站宜不少于2个，二级机组阵列规模电站波浪观测站宜不少于5个，三级机组阵列规模电站波浪观测站宜不少于波浪发电机组数量的1/5。在海底地形复杂波浪特性有明显变化的海域，可适当增加观测站位。8数值模拟8.1风数值模拟宜选取中尺度大气模式，可采取多种模式嵌套使用。选用的大气模式应考虑积云、长波辐射、短波3GB/T41340.2—2022辐射等物理过程和边界层的影响，可同化观测资料改善模式运行所需的初始场和边界条件。8.1.2方案比选和优化进行关键物理过程参数化方案的比选和优化试验，最终确定适用于波浪能电站及其周边海域的方案。8.1.3检验方法应采用多源观测资料对模拟结果检验和评估。检验应包括但不限于强冷空气和台风等典型天气系统过程的检验，以及一般状态下的检验。风速宜进行平均绝对误差、均方根误差和平均误差检验，见公式(1)～公式(3);风向宜进行平均绝对误差检验，见公式(4)。平均绝对误差按公式(1)计算：pmAE——参数p的平均绝对误差；N——参数p的观测、模拟数目；pw,——参数p的第i个模拟值；po,——参数p的第i个观测值。均方根误差按公式(2)计算： (2)prnsE——参数p的均方根误差平均误差按公式(3)计算：pme——参数p的平均误差。方向平均绝对误差按公式(4)计算： 0,——参数θ的第i个模拟值；0₀,——参数θ的第i个观测值。8.1.4数据输出输出要素为风速、风向；海拔高度应满足波浪模型要求；时间长度不少于10年；空间分辨率不低于10km×10km;时间分辨率不低于1h。8.2潮流数值模拟通过敏感性分析，若潮流对波浪影响显著,应按GB/T34910.4中有关规定进行潮流数值模拟。48.3波浪数值模拟宜选取第三代波浪数值模型，选用的波浪模式应充分考虑波浪浅化、折射、底摩擦、水深引起的波浪破碎、白帽、风能输入、波-波非线性相互作用等物理过程的影响，可用于风浪、涌浪和混合浪的模拟计算。波浪数值模拟可考虑波-流相互作用。波浪数值模拟应考虑波浪能发电机组对海洋动力环境的影响。8.3.2方案比选和优化分别选取强冷空气和台风等典型天气系统，进行关键物理过程参数化方案比选试验，进行初始条件、边界条件的敏感性试验，最终建立适合于波浪能电站及其周边海域的方案。应采用多源观测资料对模拟结果进行检验和评估。检验应包括但不限于强冷空气、台风等典型天气系统过程，以及一般状态下的检验。基于多源观测资料对模拟有效波高、能量周期和波浪能流密度进行平均绝对误差、均方根误差和平均误差检验，见公式(1)～公式(3)。对模拟的波向进行平均绝对误差输出要素为有效波高、能量周期、波向和波浪能流密度；时间长度不少于10年；最高空间分辨率不低于50m;时间分辨率不低于1h。9微观选址微观选址应遵循下列原则：a)综合海洋功能区划、环保、地形和地质等，避免无效机位；b)充分考虑电站站址内盛行波向、有效波高、能量周期等波况条件；c)考虑极端天气和海况对机组的影响；d)根据波浪能资源分布情况和具体地形，进行机组选型；e)综合单机发电量和机组阵列间的相互影响，拟定若干个波浪机组阵列布置方案，进行多方案比选优化；f)在综合考虑投资、建设安装难度等问题并确保发电量的前提下，集中机位以提高波浪电站的综10发电量计算方法10.1发电量计算参数发电量计算参数宜包括波浪能流密度、有效波高、能量周期、能量矩阵、捕能长度矩阵、理论年发电量和年上网电量。10.2波浪能流密度计算波浪能流密度按公式(5)计算：5GB/T41340.2—2022p——海水密度，单位为千克每立方米(kg/m³);g——重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s²)S(f)——第n个波分量的谱密度，单位为二次方米每赫兹(m²/Hz)。群速按公式(6)计算：波浪频率谱按公式(7)计算：…………(7)波数可按公式(8)计算：圆频率按公式(9)计算：频率按公式(10)计算：f=w/(2π)………………(10)谱矩按公式(11)计算：m,——波浪谱的n阶矩，(n=-1,0,1,2,…),单位为二次方米每n次方秒(m²/s");△f;——第i个频率间隔(频率分辨率),单位为赫兹(Hz)。有效波高按公式(12)计算：H、=4√m₀………(12)6GB/T41340.2—2022m₀——波浪谱的0阶矩。10.4能量周期计算能量周期按公式(13)计算：m-——波浪谱的一1阶矩。…………10.5能量矩阵计算能量矩阵(见附录A中表A.1)按公式(14)计算：……(14)e;——能量矩阵中(i,j)单元格的能量比例；P;;——为(i,j)单元格的总能流密度，单位为瓦每米(W/m);N——模拟数据的总个数；能量矩阵中有效波高间隔应不大于0.5m,能量周期间隔应不大于1.0s。(i,j)单元格的总功率密度(P;;)按公式(15)计算：n;;——为(i,j)单元格的模拟数据个数；P₄——为(i,j)单元格第k个模拟的波浪能流密度，单位为瓦每米(W/m)。模拟数据总个数(N)宜按公式(16)计算：平均波浪能流密度(P)宜为10年平均值，按公式(17)计算：………(16)式中：P;——第i年平均波浪能流密度，单位为瓦每米(W/m)。10.6捕能长度矩阵计算捕能长度矩阵(见表A.2)按公式(18)计算：L;;——捕能长度矩阵中(i,j)单元格的捕能长度，单位为米(m);Pwec——(i,j)单元格波浪能发电机组的输出功率，单位为瓦(W);7GB/T41340.2—2022P——(i,j)单元格波浪能流密度，单位为瓦每米(W/m)。10.7理论年发电量计算单台波浪能发电机组理论年发电量按公式(19)计算：Q——单台波浪能发电机组理论年发电量，单位为千瓦时(kW·h);H——年小时数，单位为小时(h)。波浪能电站理论年发电量按公式(20)计算：E——波浪能电站理论年发电量，单位为千瓦时(kW·h);m——波浪能电站机组数量；Q——第k台波浪能发电机组理论年发电量，单位为千瓦时(kW·h)。10.8年上网电量波浪能电站的年上网电量按公式(21)计算：E=CeE…………(21)E——波浪能电站年上网电量，单位为千瓦时(kW·h);Cs——综合折减系数，与电力传输损耗、机组检修时间、极端条