[发明专利]一种波浪能资源评估方法、系统、存储介质、计算机设备

权利要求书

1.一种波浪能资源评估方法，其特征在于，所述波浪能资源评估方法包括通过分割长时序二维海浪谱，逐个识别出其中所包含的波浪系统；依据各系统的谱峰位置，将所得的所有波浪系统重新分组；计算各组内各波浪系统的特征参数，标记各波浪系统的出现时间；以组为单位统计、描述波能资源特征；

所述逐个识别出其中所包含的独立的波浪系统，包括：使用谱分割SP方法识别二维海浪谱中相互独立的波浪系统；二维海浪谱中，谱峰表示谱空间(ρ，θ)中的能量密度较大的位置，谱峰及其周围的能量由同一个天气过程形成，因此谱峰及其周边的谱空间构成了独立的波浪系统，能量密度较大指的是谱峰为谱空间(ρ，θ)中能量密度的聚集区；同一海浪谱中多个谱峰的存在说明该谱中包含多个波浪系统，SP识别出其中每个谱峰及周边归属于该谱峰的谱空间范围，由此识别出同一海浪谱中共存的相互独立的波浪系统；

所述将所得的所有波浪系统重新分组包括：基于二步谱分割TSP的方法，在对二维海浪谱的时间序列逐个使用SP进行分割后，统计所有识别出的波浪系统的谱峰位置在谱空间中的出现次数；使用SP再次分割谱峰位置出现次数分布图，即完成长时序的波浪系统分组；

所述以组为单位统计、描述波能资源特征，包括：在各分组内，按所标记的时间将各系统进行月、季、年归纳，分别按月、季、年统计计算各系统所对应各波能资源参数的平均值、百分位数、联合分布，依据所标记时间计算各系统所对应波能参数的时间变异性。

2.如权利要求1所述的波浪能资源评估方法，其特征在于，所述波浪能资源评估方法还包括：

(1)使用谱分割SP方法将长时序海浪谱逐一进行波浪系统的识别，将每个时刻的海浪谱拆解为一个或多个波浪系统；

(2)拆解得到的每个波浪系统均具有谱峰位置(f_p，d_p)，统计所有时刻、所有波浪系统的(f_p，d_p)在谱空间(ρ，θ)中的出现次数分布，形成另一幅二维谱图形；

(3)使用SP方法对(f_p，d_p)出现次数的分布图再次分割，即实现了波浪系统的分组；

(4)依据分组，计算各组内波浪系统的波能资源特征参数，标记组内各系统出现的时间；

(5)按组统计波能资源特征参数，进行波能资源特征的分析，根据标记出的波浪系统出现的时间，按月、季、年分析组内波浪系统出现频率以及对应波能资源特征的平均值、百分位数、联合分布及时间变异性；

(6)属于同一海浪谱的不同波浪系统可能因为谱峰位置相近而被分为同一组；

所述波能资源特征参数，包括：

(1)海浪谱、谱矩的表示，考虑二维海浪频率-方向谱S(f，θ)，其中f表示频率，单位Hz，θ表示方向，单位rad(弧度)；沿方向积分S(f，θ)：

即可得一维海浪频谱S(f)，海浪谱的谱矩表示为：

其中，n可等于0、-1、-2、1、2，对应谱的0阶、-1阶、-2阶、1阶、2阶谱矩；二维海浪谱中，能量密度最大的位置(f_p，d_p)成为谱峰位置；

(2)有效波高、能量周期，有效波高表示为：

其中m₀为谱的0阶矩，能量周期则表示为谱的-1阶矩与0阶矩的比：

(3)全向波浪能能流密度表示的是在单位时间内单位宽度上通过的波浪能量，不考虑波能传播方向，单位取kW/m；全向能流密度通过二维海浪方向谱计算：

其中，ρ为海水密度，取1023kg/m³；g为重力加速度，取9.81m/s²；C_g为波浪的群速度，与水深d密切相关：

其中，角频率ω与波数k之间存在线性频散关系：

ω(k)²＝gktanh(kd)；

全向能流密度还可近似的由有效波高H_s及能量周期T_e表示：

深水条件下，由于kd＞＞1，全向波能能流密度写为：

全向波能能流密度的计算采用计算；

(4)定向波浪能能流密度

在全向波浪能能流密度的基础上，对于特定的方向θ_j，在此方向上的传播的定向波浪能能流密度表示为：

J_θ在所有方向中的最大值记为即为最大定向波能密度；所对应的方向记为θ_Jmax，即最大定向波能密度方向；为表示波浪能传播的方向扩散特征，定义方向系数：

即最大定向波能密度与全向波能密度的比；将以模拟海浪谱波数空间的划分方向为θ_j，统计以及d_θ；

(5)谱宽度表示的是波浪能量沿频率方向的分布宽度，定义为：

其中m_n，n＝-2，-1，0分别为谱的-2阶、-1阶及0阶矩；

(6)风浪占比

风浪占比体现的是风浪能量在整个海浪谱或谱分区能量中的占比情况：

其中，为全谱的能量，而为海浪谱S(f，θ)的波数空间中投影风速U_p大于波速c部分的能量；投影风速U_p计算式为：

U_p＝C_multU₁₀cos(δ)；

其中，U₁₀为海面以上10m处的风速，C_mult＝1.7为常系数，δ为波数空间中波浪方向θ与风向θ_wind的夹角；在波数空间中，波速c与频率f及波数k相关联，根据线性频散关系得：

深水条件下，U_p＞c换算为波数空间中f(θ)的关系式为：

对于涌浪系统来说W→0，而对于风浪系统来说W→1。