2022 海洋能电站发电量计算技术规范 第2部分：波浪能

犌犅／犜４１３４０．２—２０２２

目次

前言…………………………Ⅲ

引言…………………………Ⅳ

１范围………………………１

２规范性引用文件…………………………１

３术语和定义………………１

４工作流程…………………１

５阵列规模的等级划分……………………１

６资料收集…………………２

７现场观测…………………２

７．１水深和海岸地形测量………………２

７．２潮流观测……………２

７．３水位观测……………２

７．４风观测………………２

７．５波浪观测……………２

８数值模拟…………………２

８．１风数值模拟…………………………２

８．２潮流数值模拟………………………３

８．３波浪数值模拟………………………４

９微观选址…………………４

１０发电量计算方法…………………………４

１０．１发电量计算参数……………………４

１０．２波浪能流密度计算…………………４

１０．３有效波高计算………………………５

１０．４能量周期计算………………………６

１０．５能量矩阵计算………………………６

１０．６捕能长度矩阵计算…………………６

１０．７理论年发电量计算…………………７

１０．８年上网电量…………………………７

１１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………………………９

Ⅰ

书

犌犅／犜４１３４０．２—２０２２

前言

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。

本文件主要起草人：姜波、武贺、张运秋、汪小勇、张榕、方舣洲、周庆伟、丁杰、侯二虎、白杨、吴国伟、

彭雯、陈家庆。

Ⅲ

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引言

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。

Ⅳ

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海洋能电站发电量计算技术规范

第２部分：波浪能

１范围

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。

１

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表１阵列规模的等级划分

规模等级机组台数

一级（小）≤５

二级（中）６～２５

三级（大）＞２５

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。

７．４风观测

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

８．１．１模式选择

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

２

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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：

１犖

狆ＭＡＥ＝狆Ｍ犻－狆Ｏ犻…………（１）

犖犻∑＝１

式中：

狆ＭＡＥ———参数狆的平均绝对误差；

犖———参数狆的观测、模拟数目；

狆Ｍ犻———参数狆的第犻个模拟值；

狆Ｏ犻———参数狆的第犻个观测值。

注：参数狆∈［风速，有效波高，能量周期，波浪能流密度］。

均方根误差按公式（２）计算：

犖

１２

狆ＲＭＳＥ＝（狆Ｍ犻－狆Ｏ犻）…………（２）

犖犻∑＝１

式中：槡

狆ＲＭＳＥ———参数狆的均方根误差。

平均误差按公式（３）计算：

１犖

狆ＭＥ＝（狆Ｍ犻－狆Ｏ犻）…………（３）

犖犻∑＝１

式中：

狆ＭＥ———参数狆的平均误差。

方向平均绝对误差按公式（４）计算：

１犖

θＭＡＥ＝ｍｉｎ（θＭ－θＯ，３６０－θＭ－θＯ）……（４）

犖犻∑＝１犻犻犻犻

式中：

θＭＡＥ———参数θ的平均绝对误差；

θＭ犻———参数θ的第犻个模拟值；

θＯ犻———参数θ的第犻个观测值。

注：参数θ∈［风向，波向］。

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。

３

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８．３波浪数值模拟

８．３．１模式选择

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。

８．３．３检验方法

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

检验，见公式（４）。

８．３．４数据输出

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

合效益。

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：

４

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∞

犘＝犵犮ｇ狀犛（犳狀）…………（５）

ρ狀∑＝１

式中：

犘———波浪能流密度，单位为瓦每米（Ｗ／ｍ）；

ρ———海水密度，单位为千克每立方米（ｋｇ／ｍ３）；

犵———重力加速度，单位为米每二次方秒（ｍ／ｓ２）；

犮ｇ狀———第狀个波分量的群速，单位为米每秒（ｍ／ｓ）；

犛（犳狀）———第狀个波分量的谱密度，单位为二次方米每赫兹（ｍ２／Ｈｚ）。

群速按公式（６）计算：

１２犽犺犵

犮ｇ＝２（１＋ｓｉｎ犺（２犽犺））槡犽ｔａｎ犺（犽犺）…………（６）

式中：

犮ｇ———群速，单位为米每秒（ｍ／ｓ）；

犽———波数，单位为每米（ｍ－１）；

犺———水深，单位为米（ｍ）。

波浪频率谱按公式（７）计算：

犖

１２

犛（犳）ｄ犳＝犪狀…………（７）

狀∑＝１２

式中：

犛（犳）———频率谱，单位为二次方米每赫兹（ｍ２／Ｈｚ）；

犳———频率，单位为赫兹（Ｈｚ）；

犪狀———第狀个波分量的振幅，单位为米（ｍ）。

波数可按公式（８）计算：

犽＝２π／λ…………（８）

式中：

λ———波长，单位为米（ｍ）；

π———圆周率，可取常数３．１４。

圆频率按公式（９）计算：

ω２＝犵犽ｔａｎ犺（犽犺）…………（９）

式中：

ω———圆频率，单位为弧度每秒（ｒａｄ／ｓ）。

频率按公式（１０）计算：

犳＝ω／（２π）…………（１０）

１０．３有效波高计算

谱矩按公式（１１）计算：

犖

犿狀＝犛犻（犳）犳犻狀Δ犳犻…………（１１）

犻∑＝１

式中：

犿狀———波浪谱的狀阶矩，（狀＝－１，０，１，２，…），单位为二次方米每狀次方秒（ｍ２／ｓ狀）；

Δ犳犻———第犻个频率间隔（频率分辨率），单位为赫兹（Ｈｚ）。

有效波高按公式（１２）计算：

犎ｓ＝４槡犿０…………（１２）

５

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式中：

犎ｓ———有效波高，单位为米（ｍ）；

犿０———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：

犿－１

犜ｅ…………（１３）

＝犿０

式中：

犜ｅ———能量周期，单位为秒（ｓ）；

犿－１———波浪谱的－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：

犘犻犼…………（）

犲犻犼＝犖犘１４

式中：

犲犻犼———能量矩阵中（犻，犼）单元格的能量比例；

犘犻犼———为（犻，犼）单元格的总能流密度，单位为瓦每米（Ｗ／ｍ）；

犖———模拟数据的总个数；

犘———平均波浪能流密度，单位为瓦每米（Ｗ／ｍ）。

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。

（犻，犼）单元格的总功率密度（犘犻犼）按公式（１５）计算：

狀犻犼

犘犻犼＝犘犽…………（１５）

犽∑＝１

式中：

狀犻犼———为（犻，犼）单元格的模拟数据个数；

犘犽———为（犻，犼）单元格第犽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（犖）宜按公式（１６）计算：

犖＝狀犻犼…………（１６）

∑犻∑犼

平均波浪能流密度（犘）宜为１０年平均值，按公式（１７）计算：

１１０

犘＝犘犻…………（１７）

１０犻∑＝１

式中：

犘犻———第犻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：

犘ＷＥＣ犻犼

犔犻犼＝…………（１８）

犘ｓｅａ犻犼

式中：

犔犻犼———捕能长度矩阵中（犻，犼）单元格的捕能长度，单位为米（ｍ）；

犘ＷＥＣ犻犼———（犻，犼）单元格波浪能发电机组的输出功率，单位为瓦（Ｗ）；

６

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犘ｓｅａ犻犼———（犻，犼）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：

３

犙＝犎犘（犲犻犼犔犻犼）×１０－…………（１９）

∑犻∑犼

式中：

犙———单台波浪能发电机组理论年发电量，单位为千瓦时（ｋＷ·ｈ）；

犎———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：

犿

犈＝犙犽…………（２０）

犽∑＝１

式中：

犈———波浪能电站理论年发电量，单位为千瓦时（ｋＷ·ｈ）；

犿———波浪能电站机组数量；

犙犽———第犽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：

犈ｌｃ＝犆ｃｒ犈…………（２１）

式中：

犈ｌｃ———波浪能电站年上网电量，单位为千瓦时（ｋＷ·ｈ）；

犆ｃｒ———综合折减系数，与电力传输损耗、机组检修时间、极端条件下的停机时间等有关。

１１技术报告

波浪能电站发电量计算技术报告宜包括：

ａ）项目概述：描述项目来源、背景、目的意义，研究区域；

ｂ）遵循的技术标准（本文件编号）；

ｃ）研究区域环境概况：研究区域水文、气象、地质特征；气候灾害、地质灾害等；当地社会经济发展

现状及能源需求等；

ｄ）资料收集：资料来源、数据质量等；

ｅ）现场调查情况：调查日期、时间、站位、调查内容、调查方法、仪器设备、调查船只、调查人员、调

查过程及调查结果等；

ｆ）微观选址：选址的原则、波浪能发电机组选型、方案比选等；

ｇ）发电量计算：计算波浪能电站理论年发电量、年上网电量。

７

犌犅／犜４１３４０．２—２０２２

附录犃

（资料性）

波浪能量矩阵和捕获长度矩阵示例

表Ａ．１给出了能量矩阵示例，表Ａ．２给出了捕能长度矩阵示例。

表犃．１能量矩阵示例

能量周期

有效波高ｓ

ｍ

２．１～３．０３．１～４．０４．１～５．０５．１～６．０６．１～７．０７．１～８．０８．１～９．０

０．０～０．５０．００．００．００．００．００．００．０

０．６～１．００．００．００．１０．００．００．００．０

１．１～１．５０．１０．３６．６１．８０．００．００．０

１．６～２．００．００．８１８．７７．５０．００．００．０

２．１～２．５０．００．１９．１５．３０．２０．００．０

２．６～３．００．００．０９．４６．６０．５０．００．０

３．１～３．５０．００．０２．９７．９０．９０．００．０

３．６～４．００．０