海上风电场潮汐潮流预报查询系统研究

　　风力发电是可再生能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。相对于陆地风电项目的如火如荼发展，海上风电的开发在我国尚处于起步阶段。近年来，发展海上风电已逐渐成为世界各国共识。我国“十二五”规划中提出，2015 年建成500 万千瓦、2020年建成3000万千瓦的海上风电发展目标。而截至2012 年底，我国海上风电装机容量仅约40 万千瓦，推进速度远远小于预期。我国海上风电开发进展缓慢，技术力量薄弱是原因之一。
　　海上风电场海域范围较大，常常多达上百台机组散布于几十甚至上百平方公里海域范围内，在施工建设及运营维护中，需要随时掌握每一个机位的潮汐潮流信息。传统的潮汐预报采用查表等方式，只能查询某一点潮汐信息，不能查询潮流。传统基于正交曲线的潮流预报系统，难以刻画该海域复杂的潮流变化，并不适用于海上风电场复杂的海域水动力环境。开展高分辨率的潮汐潮流预报查询系统的研究，进而开发出适用于海上风电场的潮汐潮流预报系统很有必要。
　　1.研究区域概况
　　研究海域位于兴化湾外侧，南日岛东北侧。兴化湾位于福建省沿海中段，海湾总面积619.4 平方公里。兴化湾口朝向东南，出南日群岛与台湾海峡相通。规划海上风电场位于兴化湾与台湾海峡连接相通处，规划面积约80km2(如图1 所示)。 　　2.FVCOM模式
　　2.1模式特点
　　FVCOM 模式是由马萨诸塞大学海洋科技研究院和伍兹霍尔海洋研究所联合开发的无结构三角形网格架构、有限体积、自由表面、三维原始方程海洋数值模型，其原始方程主要包含动量方程、质量连续方程以及温度、盐度和密度方程，在物理和数学上用垂向湍流闭合模型及水平湍流闭合模型对方程组进行闭合。在垂向上适用滓坐标系对不规则底部地形进行拟合，在水平上利用无结构三角形网格对水平计算区域进行空间离散。在数值计算上，利用对水平三角形控制体进行通量有限体积积分的方式对控制方程进行离散求解。该有限体积积分方法结合了有限元方法的自由几何拟和特性和有限差分方法的离散结构简单及计算高效的特性，从而能综合这两种方法的优点。通过FV原COM 在近岸海域的实验对比结果表明，FVCOM 在地形复杂海域的模拟具有比其他模式更好的结果。
　　2.2模式基本架构
　　模式的运行框架如图2 所示。