本科生研究发展计划(ouc-srdp)项目立项书_曹慧秋

项目编号自然科学 项目分类 社会科学中 国 海 洋 大 学本科生研究发展计划（OUC-SRDP）项目立 项 书项目名称：舟山群岛重点水道潮流能数值估算及可开发性初探负 责 人： 曹慧秋 所在院系： 海洋环境学院 专业年级： 2009 级海洋科学类 联系电话：电子信箱： 指导教师： 鲍献文 经费资助金额： 2800 元 项目起止时间： 2011.6-2012.6 二一一 年 四 月 五 日本科生研究发展计划（OUC-SRDP）管理委员会1一、基本情况1、项目负责人情况姓 名 曹慧秋 性 别 女 出生年月 1991.8学部、院（系）海洋环境学院 专业年级2009级海洋科学类学 号 0100220090022、项目组成员情况学 号 姓 名 性别 出生年月 专业年级 分 工010022009002 曹慧秋 女 1991.8 2009级海洋科学类数据整理及模式应用010022009013 范永斌 男 1988.11 2009级海洋科学类潮流能整体可开发性评估与分析010022009015 高文典 男 1991.2 2009级海洋科学类模型运行及数据分析010022009018 洪玲亚 女 1990.6 2009级海洋科学类数据收集、整理和分析010022009059 杨帆 女 1990.9 2009级海洋科学类资料整理与文字撰写3、指导教师情况姓 名 鲍献文 职 称 教授 学 历 博士开设课程 海洋调查研究方向 近海环流研究学部、院（系） 海洋环境学院E-mail地址 电 话 1396981396324、负责人及项目组成员的知识条件、特长、兴趣、相关经历等本项目组成员已经学习了高等数学、大学物理等基础课程，以及海洋学、大气物理学、理论力学等专业课程，具有较强的数理基础，并且已经熟练掌握了 Fortran 高级编程语言、matlab 计算及绘图软件等，具有一定的计算机动手操作能力。并且在项目指导老师的指导下，自学并掌握了 SMS（Surface-Water Modelling System）三角形网格制作软件的使用方法，正在开展舟山群岛海域各重要水道高分辨率潮流数值模拟工作。客观上，已经具备完成该项目的基本能力和知识储备，各参加成员均具有较强的自学认知能力和刻苦钻研精神。本项目组成员对本研究课题兴趣浓厚，对于海洋可再生能源的开发与利用有强烈的求知欲。小组成员各有所长：曹慧秋同学已经担任 2009 级海洋科学类一班班长两年，有较强的领导组织能力，学习成绩优秀。洪玲亚同学成绩优异，获得国家励志奖学金，学习优秀奖学金一等奖， 第二届中国海洋大学数学竞赛二等奖、全国数学竞赛二等奖等；杨帆同学现任科技协会副部长、爱心社常务副秘书长等职务，能力突出，工作扎实肯干。范永斌同学品学兼优，思维严谨，求真务实；高文典同学有较强的计算机应用能力，并且善于创新和发现。小组成员都有较强的探索能力和坚忍不拔的品质。3二、项目方案1、目的及意义能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，而开发和利用海洋可再生能源是实现沿海国家经济和社会可持续发展的重要发展战略之一，但是相比世界发达国家，我国海洋新能源发展相当落后，迫切的需要精确了解我国海洋可再生能源的分布及储量。研究目的（1）舟山群岛集中了中国超过一半的潮流能资源，而对其潮流能估算以往却没有过有关调查和研究。此项目首次对舟山群岛的潮流能资源进行数值模拟及估算。（2）作出分析并得出有关结论后，可对舟山群岛潮流能的可开发性进行评估。（3）本项目的实践与完成过程对本项目成员将会是一个有效的锻炼过程，不仅有助于提高成员们认识海洋的能力，而且能够增强其团队意识和解决问题的能力。研究意义（1）对舟山群岛潮流能资源的研究结果为其他学者以及相关人员做有关研究及生产（如设计发电机及潮流能发电等）提供一定的依据。（2）对舟山群岛的潮流能资源的可开发性的评估，对于我国潮流能资源的开发有着长远意义。（3）项目的研究及调研对于项目组成员个人能力的提高及今后的事业发展均有深远的发展意义。本课题在综合考虑现有潮流能开发技术，借鉴总结国内外潮流能资源估算方法的基础上，利用适合我国近海的工程级潮流能数值模型和估算新方法，并将其应用于近海海域潮流能资源详估。并将对我国近海海洋区域潮流能源开发利用的现状给出初步的、科学的、客观评价。结合我国近海区域的特点提出我国海洋区域内应重点发展的新能源方向，这将对我国海洋新能源的发展，甚至我国新能源领域的发展产生积极的影响。2、内容与方法4一、针对舟山群岛附近 18 个重要水道进行高分辨率潮流数值模型建立。由于该区域面积大，且岛屿众多，地形岸线复杂，在老师帮助下我们在大区域模型中嵌套了 6 个小区域，以便使计算达到更高的精度。模型的建立主要采用美国马萨诸塞大学海洋科技研究院和吾兹霍尔海洋研究所联合开发的 FVCOM 水动力模型。小组成员分工合作：曹慧秋负责灌门，岱山，龟山航门；洪玲亚负责长江口北侧（北港） ，小洋山，杭州湾北部；范永斌负责盘峙南附近，十六门，螺头水道；高文典负责桃花岛，条扫门，量峙门，青滋门，乌沙门，小梁谭-朱家山；杨帆负责金塘水道，西侯门水道。先期利用SMS 三角形网格制作软件进行的网格绘制已完成(附图如下)。目前项目组正在开展的工作是可执行文件的创建、提交。二、依据模型所得相关数据进行潮流能估算。关于潮流能估算方法，简要介绍如下：farm 方法：与风能计算思路类似，可开发量是各台发电装置开发量之和，依赖于开发装置的种类、效率及安装方式，很易高估资源5估蕴含量。flux 方法：与机轮类型无关，只考虑影响流速的因子，估算出的总蕴藏量，按经验来说只有 15%左右可供实际开发利用。有关 SIF 的参数确定，一般根据观测规律，极其复杂，没准确方法。garrett 方法：适用于水道和小海湾，做出了部分假设，并忽略摩擦影响，整体来说估算较合理准确，需要具体改进修正。国内郑志南方法：考虑潮流变化周期，用简洁明确的计算式仅依托大小流速幅值便可确定平均能流密度，但所用数据较少，有些计算式合理性值得商榷，且仅适用于正规半日潮往复流。三、 可开发性初探1、了解各类发电机优劣：(1) 垂直轴式潮流能发电系统主要特点：叶轮的旋转速度通常比螺旋桨式叶轮低。不受流向的影响，无论潮流从哪个方向流向叶轮都能正常工作。Davis 四叶片垂直轴涡轮机剖面图(2) 水平轴式潮流能发电系统主要特点：叶尖处容易出现空泡现象和流动分离的现象。螺旋桨式叶轮适合单向流动的情况，只有转子面对着水流工作时，才会发挥最大功率，解决这个问题可以增加套流装置，也可以将转子设计为可以双向流动。6SeaGen 潮流发电机(3) 振荡水翼式潮流发电系统主要特点：适应双向潮流。发电装置的支撑结构和部件的结构简单。可以在相对较浅的海域布置机组，运用领域广。2、 对舟山群岛重要水道周围交通、地形、地貌和环境及其他配套设施进行较为细致的资料收集，了解水道周围是否有保护区或军事专用区等其他限制条件。3、 拟在老师指导下根据各水道的具体地形、环境、水深、流速、潮型、交通等因素确定合理的估算方法及合适的发电机组，从而对潮流能的可开发性和具体开发利用方法及开发规模进行初步探究。73特色与创新1、 目前国内潮流能资源的相关数据来源大都是依据某一地点的长期观测，覆盖范围小。本项目组采用无结构化的三角形网格模型，设定的小区开边界分辨率为 2Km1Km，网格最小分辨率为 50m，能对舟山区域重要水道进行高分辨率三维模拟，空间上具有更大尺度的同时也确保了精度，做到由点及面，弥补了以往的不足。2、 项目组内容不仅停留在对舟山水域 18 个重要水道进行高精度的潮流能数值模拟、估算，还进一步结合每条水道的具体特点探究其可开发性，并提出可行话建议。把理论和实践相互结合、相互验证，脱离了空洞的数据，具有一定的可操作性和借鉴意义，是以往类似项目所不具有的。4、支撑条件分析一、学校及学院均存有大量相关文献，同时图书馆提供大量电子资源，可以比较充分的满足资料查询的需求；海洋环境学院有良好的学术氛围、科研条件，为本项目提供便利条件：学院老师现在正在进行潮汐能和潮流能重点开发利用区资源勘查与选划项目实施方案和海洋可再生能源专项资金项目实施方案研究项目就为我们的研究提供了精确的数据来源。二、指导教师知识渊博，在这方面具有多年工作经验，负责或参与了多项相关国家重点研究课题，研究成果多次发表于国内外知名期刊杂志。对项目非常关心，可以及时地与项目组成员沟通交流并进行指导。三、项目组成员学习成绩优异，分工明确，团队成员之间配合良好，有较强的整体协作意识和团队荣誉感。在相关专业基础知识方面都具有扎实的基础，同时所具有的专业背景也为课题研究提供了更丰富的视角。四、目前，国家正持续推进可持续发展战略，大力支持山东省蓝色经济区建设战略，迫切需要仔细了解山东半岛近海海洋能。因此，社会各方面都会对该项目研究提供巨大的支持。85、结题验收技术指标完成对中国近海潮流能初步估算，统计结果并对开发性作出评估形成论文本项目组研究内容主要是针对舟山群岛附近 18个重要水道进行高分辨率潮流数值模型建立、估算和可开发性探究，最终提交具体的流速图、潮流能资源分布图、重点水道可开发性建议及相关报告。6、进度安排9第一阶段 2011 年 6 月 1 日至 2011年 9 月 1 日，收集数据，统计分析。第二阶段 2011 年 9 月 2 日至 2012年 3 月 1 日，利用 fvcom模式计算数据并进行数值计算，绘图，形成动画第三阶段 2012 年 3 月 2 日2012 年 5 月 1 日，综合分析7、经费使用计划序号 支出项目 金额（元） 依据或理由1 书费(含邮费）与文献检索费用1000 购买专业书籍2 打印费及办公用品，发表文章 1000 购买闪盘等必备工具3 交通及通讯 800 联系话费合 计 2800三、审批意见1、指导教师审查意见本项目选题新颖，切合实际，准确地把握了目前海洋可再生能源开发的新方向，将可再生能源开发实际应用与海洋科学研究结合起来，其研究有利于我校本科生创新人才培养，有利于促进他们学习进步和科研实践能力的提高。该研究小组的同学具有比较好的数学和物理基础，有着良好的物理海洋知识基础和编程能力，具有强烈的求知欲和刻苦钻研精神，目前已经阅读了一定的文献