中国可再生能源学会2011年学术年会论文（海洋能）福建近海波浪能状况分析与评价张军，许金电，郭小钢（国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005）摘要：现有实测资料无论从时间上和空间上都无法完整的反映福建沿海海域的波浪状况，也就是说，基于实测数据的计算也就无法对福建近海的波浪能状况进行完整分析。
因此，本文使用波浪模式模拟的途径，较准确得出福建沿海海域波浪能资源最新状况：福建近海波浪能资源蕴藏量2210.45MW，仅次于台湾和广东省，是我国波浪能开发利用可以优先考虑的海区之一。
在文章的最后给出福建沿海海域波浪能的综合评价，建议福建波浪能的开发与利用应优先着眼于解决边远海岛等特殊场所的用电问题。
关键词：波浪能；SWAN波浪数模；福建沿海海域福建省位于台湾海峡西岸，海洋国土面积13.6万km2，是我国的一个重要海洋省份。
它拥有“渔、港、景、油、能”五大优势资源和独特的对台区位优势，是全省国土的“半壁江山”，海洋开发前景日益广阔。
其海岸线曲折，海岛棋布，海岸线直线长度535km，曲线长度达3752km，海岸线曲折率为1∶7.01，居全国首位。
该省有许多优良的天然港湾，近岸海岛海域风大、浪大，蕴藏有巨大的可供开发利用的波浪能资源[1]。
波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。
波浪能是一种取之不竭的可再生清洁能源，但又是能量最不稳定的一种海洋能源，具有能量密度高、分布面积广等优点[2]。
已有的福建沿海长期站波浪调查资料、历史波浪调查资料，无论从时间上和空间上都无法完整的反映福建省的波浪状况，更无法反映福建沿海海洋能的储量和分布状况。
因此，本文首次通过利用SWAN模式模拟提供基础数据，依相关规范计算得出较详细的福建沿海海域波浪能资源的储量和分布状况。
并在文章的最后对福建沿海海域波浪能进行综合评价。
上述工作可以给福建沿海波浪能的开发、利用提供背景资料，为政府在福建省实施海洋能开发利用规划、海洋环保护等提供科学依据。
文章包括3个部分内容：（1）国内外波浪能储量状况的回顾；（2）福建沿海海域波浪能计算；（3）福建沿海海域波浪能储量及分布状况分析及福建沿海海域波浪能综合评价。
1国内外波浪能分布状况能源是人类生存和社会发展的基础，它对于人类的重要性众所周知。
20世纪70年代两次石油危机后，国际社会对减少石化燃料能源的依赖，加速开发有利于人类社会的持续发展的、数量巨大、清洁的、可再生能源已形成共识。
作为可再生能源之一的波浪能，自20世纪70年代以来，就受到各沿海国家的重视。
各国有关专家在海洋能开发利用热潮的鼓舞和迫使下，在各国政府的支持下，相继对世界各地的海洋能储量开展了大量的调查研究和分析评价工作。
波浪能是全世界被研究最为广泛的一种海洋能，同时也是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。
波浪能是由风把能量传递给海洋——————————————————基金项目：福建省908专项资助项目（FJ908-02-01-07）；国家自然科学基金资助项目（40706012）；国家海洋局青年基金资助项目（2008209）；作者简介：张军（1973～），男，副研究员；Email:zhangj@。
而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。
能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离（即吹程）有关[3]。
全球波浪能储量丰富，1977年，潘尼克（N.N.Panicker）在其本人1976年工作的基础上，得到1975年10月2日12时全球海洋的总波功率为45×1015W[4]。
1986年，在中国沿海农村海洋能源区划工作中，进行和沿岸波浪能资源区划。
得到中国的波浪能功率为1~1.5×1011W[5~8]。
根据波功率密度及其变化和开发利用的自然环境条件，在全国沿岸有很多波浪能资源较丰富、开发条件优越的地区。
首先是福建、浙江沿岸，应作为重点开发利用区段。
2福建沿海海域波浪能计算台湾海峡及邻近海域，波浪生成、传播过程较为复杂。
海峡内水深较浅，平均深度不足50m，而台湾岛东侧的水深则为几千米，该海域在强风浪的混合作用下，可使得整个海域的流，温、盐跃层等物理要素等发生巨大改变。
该海域地形、地貌较为复杂，海峡内水深较浅，风-浪相互作用、深度诱导波破碎、底摩擦、地形狭管效应等对该海域影响巨大。
SWAN模式是荷兰Delft大学土木工程系开发的第三代浅海海浪数值模式，该模式考虑了较多的物理过程,所采用的公式反映了当前海浪的研究状况[9~14]。
已有的福建沿海长期站波浪调查资料、历史波浪调查资料，无论从时间上和空间上都无法完整的反映福建省的波浪状况，因此也无法由这些资料进行福建沿海海洋能的计算。
本文拟采用SWAN（Simulating WAves Nearshore）数值波浪模式得出波浪要素值（有效波高、平均周期等值），再由这些结果进行福建沿海海洋能的计算。
所搜集到的福建海浪调查资料可以作为模式结果的验证。
基于以上台湾海峡特点以及SWAN模式的介绍，SWAN模式（模拟范围：20°N~29.5°N、115°E~130°E，网格精度：5´×5´）可以很好的模拟台湾海峡的海浪，进而为本次海洋能的计算提供基础数据。
WAVEWATCHⅢ模式（模拟范围：0°～41°N,98°～140°E，网格精度：０.5°×0.5°）提供SWAN模式的开边界条件。
本次模拟提供2007年全年的有效波高、平均周期逐时数据。
为了检验模式结果是否准确，特进行以下两方面的验证：（1）模式结果校验：（校验资料来自福建863示范区海洋监测网浮标）：（2）模式结果与部分海洋站2007年统计值的比较：检验结果见图1、图2和表1，由检验结果可以看出，模式计算结果与海洋站统计资料符合良好，其结果可以作为本次海洋能计算的基础数据。
表1模式2007年模拟结果与海洋站统计值的比较Tab.1compare of the simulation data and the statistic data of four ocean station in Fu-Jian on2007对比值海洋站统计值模式结果统计H1/10T1/10H1/10T1/10东山0.80 5.00.81 4.88崇武 1.20 4.5 1.18 4.56平潭 1.40 5.7 1.38 5.61北礵 1.44 5.0 1.44 5.14本次波浪能计算以福建沿海代表海洋站为计算点，代表测站选取标准为：尽量选取距大陆海岸线较远，对周围海域波浪代表性较好，具有良好波浪能开发前景的测波站[15]。
依照此选取标准，本次福建省波浪能计算所选取9个波浪站，依从南到北的次序为：东山、厦门、围头、崇武、平潭、北茭、北礵、三沙和台山。
为使计算结果有代表性，一般应选取较近年份、且该年份波浪资料为中等大小。
经研究决定，本次计算统一取2007年的波浪数据作为基础数据。
代表区段长度的计算采取王传崑等所著的《海洋能资源分析方法及储量评估》[16]中所提出的原则：（1）站距：各省沿岸起、终点（起、终点按自北向南，自东向西排序）代表测波站的站距为该站至该省海岸线起、终点的直线距离；中间站的站距为两站间直线距离，当两站连线跨越陆地时，则对直线距离做适当修正。
（2）代表区段长：各省沿岸起、终点站的代表区段长为起、终点站距加上起、终点站至下、上一站站距的一半：当两相邻省起、终点均在海上时，跨省的区段长度以在本省的海上实际长度为准。
中间站的代表长度为该站与前后相邻站距一半之和。
图1：浮标实测资料与模式计算结果有效波高对比图Figure 1compare of the significant wave height of buoy data and simulation data（红线为实测结果，蓝线为模式结果）图2：浮标实测资料与模式计算结果平均周期对比图Figure 2compare of the average periods of buoy data and simulation data（红线为实测结果，蓝线为模式结果）波浪能的数据统计方法依照国家海洋局908专项办公室编写的《近海可再生能源调查技术规程》执行：（1）统计我国近海区域各波浪观测站代表年的全年逐次观测的有效波高3/1H 和有效周期3/1T 。
代表区段长度可从大比例地图上计算求得（重点海域的波浪场为1：5万，非重点区域的比例尺为1：10万或1：25万）。
（2）利用采集到得各观测站资料统计每次的有效波高和有效周期，计算相应的波浪能平均密度F ，由此再计算该站日、月、年的波浪能平均密度，最后用这些观测站年的波浪能平均密度和代表区段长度L ，推算出该代表区段的波浪能理论平均功率N 。
波浪能理论储藏量按以下公式计算：3/123/10/T H C C F =(1)LF N ⋅=(2)式中3/1H 、3/1T 为有效波高（m ）和有效周期（s ）。
F 为波浪能平均密度，其单位是kW/m 。
C/C 0为浅水校正因子（可查“海洋水文常用表”求得：当2/1/<λd 为浅水区，C C g =）。
N 为代表区段的波浪能理论平均功率，单位为兆瓦（MW ），L 为代表区段长度（km ）。
以上波浪能计算公式均为小振幅理论推出，若利用观测站观测或模式结果计算实际海浪（不规则波）的波浪能理论平均功率时，需按以下关系换算TT T 15.1877.010/13/1==(3)HH H 60.17864.010/13/1==(4)选取每个测波站所在经纬度附近的几个网格点，分别进行插值，插值后的结果就是该测波站的逐时波浪数据，并该数据利用上述公式计算获得福建沿海海域的波浪能。
福建沿海波浪能的计算结果列于表2，图3为建沿海波浪能的资源分布图，图4为福建省沿海波各站波浪能平均密度柱状图福。
表2福建沿海海域波浪计算结果Table2evaluate data of the ocean wave energy of the edge ocean in Fu-Jian海域经度（°E）纬度（°N）有效波高（m）平均周期（s）水深（m）波能密度(kW/m)波浪能东山117.5223.780.64 3.7320.50 2.62125.63厦门118.0724.450.81 3.7010.00 3.44124.22围头118.5724.520.85 4.6012.40 4.86151.15崇武118.9224.920.93 3.4815.50 4.62295.96平潭119.8525.45 1.09 4.2822.00 5.21350.22北茭119.5626.22 1.01 3.9916.00 5.33243.58北礵120.2026.42 1.13 3.9227.007.31378.80三沙120.1726.97 1.00 4.0113.00 5.36260.07台山120.7027.00 1.02 4.0513.20 5.68280.82总和\\\\\\2210.453福建省波浪能的综合评价由上述计算结果，福建省沿岸单位岸线长度上的波浪能平均密度为2～6kw/m，全省波浪能资源蕴藏量2210.45MW，占全国波浪能理论蕴藏总量的29%，仅次于广东(占45%)而位居第二位。