文摘

工作呈现了一幅全面的风能潜力黑海和里海海岸环境。10年的数据来自美国国家环境预报中心被认为是主要来源。这个数据集随后与原位和遥感测量。结果表明,黑海的西部有一个增强的风能潜力,尤其是在克里米亚半岛附近。至于里海,东北部门可以被认为是更有活力。直接比较不同的风参数对应位置较高的潜力在这两个目标领域也进行了考虑,为了注意的相似之处和关键特性,可以考虑发展的一个海上风力发电项目。最后,它可以得出结论,黑海和里海的沿海环境在不久的将来可以成为有前途的地方风能源开采,以及混合风浪能源农场也可以发挥重要作用在沿海保护。

1。介绍

目前的工作重点是两个封闭式海域,黑海和里海,作为主要目标来评估这些海洋区域的风能潜力。之间的黑海位于安纳托利亚半岛和欧洲的东南部,它是连接到整个马尔马拉地中海和爱琴海海洋,分别。这个盆地可分为两个主要区域(东、西)与特定的功能,大海的海岸线被分布在保加利亚和罗马尼亚(西方),俄罗斯和乌克兰(北),和格鲁吉亚(东部)和土耳其(南)。关于海的地理特征,平均深度1315米,总面积436402公里²,547000公里的水量³可以提到(Rotaru [1),Rusu et al。2])。在短期内,该地区气候的影响下国家审计署(北大西洋振荡)机制,根据冬季时间风暴事件显著增加的影响下的冷空气到达北部地区。在局部范围内,如诺沃西比尔斯克地区(俄罗斯)的情况下,博拉事件可以限制风以来海上交通条件很容易超过15米/秒(Alpers et al。3])。

关于里海,它可以提到,这实际上是世界上最大的封闭水体(内陆水域的40%)被俄罗斯和哈萨克斯坦包围在大约7000公里(北),土库曼斯坦(东)、伊朗(南),阿塞拜疆(西)。它位于欧洲和亚洲之间,它有一个表面371000公里²和一个体积为78200公里³,而这个盆地的特殊性是它的特征是重要的油田(Rusu和Onea4])。这盆地北部大陆性气候(夏季炎热,冬季寒冷),而被定义为一个亚热带南部政权(谢尔et al。(5])。这个地区的天气状况是北极的空气流动的影响下,也包括从哈萨克斯坦和干燥的大陆气团产生的气团在大西洋上空(Mamaev [6])。

这时,黑海、里海可以被认为是重要的能源,但是这方面主要是化石燃料储备,虽然可能受益于可再生能源资源尚未考虑。从这个角度看,当前工作的新颖性在于一个事实,即风能潜力的海岸线附近的两个内陆海将从气象角度讨论。

2。方法和材料

2.1。目标区域

图1说明了黑海和里海的盆地,这是本研究的目标。每个两个盆地分为四个不同的用一个矩形区域,B, C, D,十二个参考点被认为是在每个盆地的详细评估。B组和C组点放置在附近的海岸线在水深不超过30米,特别是在里海的情况下,在北部大型浅水区域的特征。黑海地区的参考点位于附近的罗马尼亚(B1),乌克兰(B2)、俄罗斯(B3-B6),乔治亚州(B7)、土耳其(B8-B11),分别和保加利亚(B12)。为了评估的准确性和NCEP模型的局限性,五个气象监测站位于行业比较考虑在内,如下:格洛丽亚(用P1) Primorskoe (P2), Chernomorskoe (P3) Khersonesskiy-Mayak (P4)和Zavetnoe (P5)。第一点是放置在罗马尼亚的部门,更确切地说在近海区域的水深约50米,而其他的点是位于乌克兰附近海岸。所有的原位测量海平面以上10米高度相关和对应的时间间隔1999 - 2008,除了点P1,只涵盖2003 - 2008年的时间。一些关于这些数据的更多细节可以在Onea和Rusu7]。

关于里海盆地,C点划分为俄罗斯(C1-C3)、哈萨克斯坦(C4-C6),土库曼斯坦(C7-C8)、伊朗(C9-C10),分别和阿塞拜疆(C11、C12)。对于这些目标区域,它可以提到俄罗斯海域海岸线,事实上这在某种程度上可以被认为是一个优势,因为风能项目可以集中在一个或另一个领域根据最有利的风况。土耳其的海岸线也可以认为是代表另一个重要的领域,因为土耳其最大的开放黑海(1595公里),比较,例如,罗马尼亚(245公里)。

2.2。NCEP-CFSR数据集

一般来说,差距在海洋环境条件的评估是由有限的原位测量。然而,近年来,这方面是不自量力的数值模型的发展,可以在空间和时间产生扩展再分析数据库。这种类型的数据也被用于一些先前的研究来评估全球海洋地区的可再生能源资源(Rusu [8],Rusu和Onea [9])。著名的再分析数据库是一个由国家环境预报中心(NCEP)来自美国,它提供了信息31年(1979 - 2009)时期。这个项目的全称是NCEP-CFSR(气候预测系统再分析),表示在目前的摘要。

这是基于一个系统使用一个5天平均6小时预报,能够模拟全球范围内各种参数,如降水、温度、压力的表面,或冰厚度。风条件报告在10米以上海平面(a.s.l)的和组件(m / s)计算基于64压力层,表面之间的结构化和0.26 hPa(水平)24日,从表面到4700米的高度(的水平)。更多细节关于偏差校正,同化过程,数据质量可以在项目的规范(Kalnay et al。10),萨哈et al。11])。

作为第一步的工作,可用NetCDF文件处理的1999 - 2008年10年时间间隔,以这种方式获得每日的风力条件值的步骤6小时(00-06-12-18 UTC)。为了研究不同的风,冬天的初始数据特别选定的时间段(去年)和周日(12 - 18 UTC)和夜间(00-06 UTC)间隔。

2.3。方法

在图2之间的直接比较,原位测量和NCEP资料提出相应的参考点P1, P2, P3, P5,考虑整个时间间隔1999 - 2008。在这个连接,第二个NCEP数据进行处理以符合相对应的小时原位测量。因此,NCEP模型的特点是1小时的时间分辨率(每天24数据点)和仅供每个特定点的时间被认为是测量报告,如下:P1 (01- - - - - -07年13 - 19 UTC), P2 (09 -21UTC), P3 (0309-15 -21UTC),和P5 (09 -21UTC)。工作时间被认为是昼夜间隔用粗体表示的一部分。相对应的散点图点P1呈现在图2(一个),它可以观察到,NCEP模型往往低估了较高的风速值。最好的相关性可以观察到P2(图2 (b)),而P3(图的点2 (c))和P5(图2 (d))数值模型似乎高估了当地风条件。

相关的统计参数散点图展示在表1。代表测量的平均值,最大值为7.21 m / s点P1位于近海区域,点P2-P5相比(在近岸),范围值在3.28 - -4.61 m / s。与NCEP模型和关联值显著升高,尤其是对点P3-P5,而一个好的近似为点提供P2(4.43米/秒)。所有的点的偏见是负的,除了P1,值为0.78 m / s的结果。均方根误差(RMSE)经常被认为是评估值之间的差异提供的数值模型和那些来自测量,零值被认为是作为参考(完美的得分)。根据这一指标,最好的结果是占点P2(2.07),而点P5的值为4.46。关于点P1,越高的RMSE值指数(4.49)可以被认为是正常的,如果我们考虑的错误倾向于增加更高的风速。分散指数(SI)的RMSE的链接,礼物值在0.5 - -1.35范围,而对于皮尔森相关指数(R)也点P2礼物最好的结果比P1(0.63)(0.12)和P5 (0.22)。

3所示。结果

3.1。风的评估条件

图3说明了风条件对应的分布参数P组的点。的月度分布原位测量(平均值)是显示在图3(一个)可以注意到,点P1(离岸)突出高风速值,也说明清楚夏季和冬季之间的差异。必须提到的是,在当前工作冬季时间是6个月期10月和3月之间。这一点(P1)提出了冬季值范围在7.6 - -8.7米/秒,而至少5.7 m / s遇到6月和8月期间,分别。至于P2-P5的点,它可以提到冬季时间更重要的价值观是观察3月P2 4 m / s, 4.6 m / s P3, P4 4.8 m / s, 3.3 m / s P5。相比,这个时间间隔,通常被认为是更有活力,一些夏季可能报告相似的价值观,在可能的情况下:在P2 4.3 m / s, 4.4 m / s P3, P4 4.8 m / s, 3.6 m / s P5。另一侧,NCEP模型提供了一个平稳分布的月度值(图3 (b)),清楚地强调冬季和指示点P2是精力充沛的人越少。在这种情况下,点P1被认为是更有活力值位于范围6.6 - -8.1米/秒(冬季)和5.2 - -6.2米/秒(夏天),紧随其后的是一组点P3-P5与6.1 - -7.5米/秒(冬季)和4.6 - -5.9米/秒(夏天),分别。

周日和夜间间隔之间的差异,反映了由原位测量,可以观察到在图3 (c)。点P1礼物一般相当高的风速值对应于夜间条件,指示的最大区别在12月0.55 m / s。同时,P5提出更高的夜间活动的价值,被位于的差异范围0 - 0.3 m / s。更重要的日风条件可能遇到点P2-P4附近高变化被P2报道,尤其是在6月(1.32 m / s)或P3,差异为1.15 m / s。关于NCEP模型(图3 (d)),它可以观察到,这表明日条件更重要点P1和P4,分别。根据这个数据集,P3礼物更重要的是在10月日条件,当遇到差异为0.2 m / s。

图4说明了参数的分布在黑海地区,分别总共结构化和冬季时间间隔。根据NCEP资料,它可以注意到风速往往会减少从B2 B9对齐沿着北部,东北,分别和南部沿海的海洋。更高的风速和冬季礼物,根据图4(一)从每个引用部门,以下几点:b2 - 7.7 m / s(部门),B5-7 m / s(部门B), b7 - 4.58 m / s (C部门),和b10 - 4.81 m / s(部门D)。

除了风速外,另一个参数是经常用来表达风能潜力是功率密度(W / m²),它可以被定义为(菲德勒和亚当斯12): 在哪里指的是空气密度(1.22公斤/米³),代表了风速报道海平面以上10米高度。关于功率密度参数,呈现在图4 (b)中注意到,更重要的是精力充沛的山峰B2 (437 W / m²),这是紧随其后的是点B5和B6的值范围349 - 371 W / m²。B7-B12组点,值不超过134 W / m²。

的月度分布参数(平均值)点B2, B5, B7和B10呈现在图4 (c)。从这个图中,可以观察到的值反映了总/冬季分布,B2是更有活力和B7是最少的精力充沛。更重要的价值观是注意到在冬季期间,特别是在1月和2月,B2-8 m / s的值时,b5 - 7.5 m / s, b7 - 4.7 m / s, b10 - 5.1 m / s中遇到这些点。图4 (d)说明了风的日/夜分布条件下,它可以提到B5提出了最小的变化。关于B2,这里会有更高的夜间值区间五月-十月期间,当一个0.8 m / s的最大区别是注意到9月。至于B7,夏季时间(五月到八月),周日值高得多,而反向趋势是观察在冬天,当周日风速最大值5 m / s, 0.36 m / s的差异。关于B10点,它可以注意到周日条件更加一致的在整个一年,尤其是间隔10。

里海地区,类似的分析呈现在图5,考虑到相同的时间间隔(1999 - 2008)。关于风速的分布(图5(一个)),它可以注意到,更高的价值是报告的群点C2-C8点C6的礼物最多6.59 m / s(总时间)和7.47 m / s(冬天)。对面,点C9值不超过2.4米/秒,期间与遇到的提到的值的总时间更重要。在每个引用的关系部门,它可以提到最重要的值是注意到在c3 - 6.63 m / s(部门)、c6 - 7.47 m / s(部门B), c7 - 6.1 m / s (C部门),和c11 - 4.2 m / s(部门D)。

功率密度的演化呈现在图5 (b),点C5、C6更高的价值,特别是在冬天,而点C1和群点C9-C12不超过49 W / m的极限²。类似于风速,从部门认为,以下几点存在最大值:c3 - 286 W / m²c6 - 426 W / m²c7 - 217 W / m²,和c11 - 88 W / m²。因为一些参考点已经脱颖而出的能量,更详细的评估月度分布呈现在图5 (c)。正如所料,点C11呈现低风速值(4.4米/秒),而点C6似乎在时间间隔November-March更有活力,当平均风速值最多可达7.6 m / s。点C7礼物在间隔4、低风速值,至少5 m / s时注册。

风的日/夜分布条件图5 (d)可以注意到,不同的模式。因此,对于重点C3,更高的区别是注意到在夏季期间,当夜间条件也明显高于差异为0.33 m / s在9月和10月。点C6,夜间值可以有差异为0.6米/秒(2月),0.77米/秒(3月),几乎1 m / s(8月和9月)。日风点C7条件更高,尤其是在间隔的助力,差1.8 m / s时注意到今年7月,虽然类似的模式特征点C11,这为间隔降水量呈现最大差异为1.5米/秒(6月),最低为0.6米/秒(10月)。

表2提出了一种统计分析的主要风参数从黑海和里海,除了风参数的平均值和功率密度,也有包括95百分位(用95%)和极端值。95百分位礼物里海值范围在7.61 - -12.57米/秒(总时间)和8.28 - -13.64米/秒(冬季),而在黑海这些值的区间8.06 - -12.37米/秒(总时间)和8.62 - -13.28米/秒(冬天)。

另一个重要的参数在评价的过程中一个特定位置是风吹的方向。图6说明了风玫瑰,代表相应气象点P1-P4基于1999 - 2008年期间,结果被结构化在周日和夜间活动的时间间隔。首先分析,它可以观察到,NCEP数据平滑波玫瑰。此外,他们是围绕一个特定的方向,而原位测量,提出一个更不规则分布。原位点P1,数据显示北部部门主导,提到在昼夜时间可以遇到风条件从东北方向。NCEP模型分析表明,在日期间南部地区是主要的,而在夜间northeastern-southwestern线似乎是最相关的。至于P2,它可以提到这两个数据集之间有一个小协议,在某种意义上,都表明,南部地区主要在夜间活动的间隔,在提到原位值位于东南部的部门。也许最好的协议是报告的P4,这表明东南部部门最重要的一个(周日和夜间),而原位值也显示北部部门。

基于NCEP数据集,人物7演示了一个类似的分析,但这一次的总时间数据(1999 - 2008),通过考虑只有两个目标领域的一些参考点。一般来说,它可以注意到两个海域的风向不遵循一个规律,每个区域被定义为一些特定的功能。关于黑海(图7(一)),它可以提到分盆地的北部目前分组分布风的方向,没有明确的山峰,除了B5,这表明东北部门,一个方面,可以与从诺沃西比尔斯克地区Bora事件的影响。更明显的峰值中观察到的点B7(从东),B9(西南),和B11(从东北),而不是现在的风速低于点靠近北部海岸。在里海(图7 (b)),它可以从北部发现的点(C2, C4和C6)存在很大比例的风力条件高于7米/秒。的风向C2表明东北部门主导,而C6的影响下西北和东北大风。点C8,它们一般出现的风可以关联到陆上区域在大约16%的情况下,风力条件可能发生从北部部门(沿着海岸线)。

仔细看看两个目标区域的风力条件呈现在图8,只考虑最具代表性的地方。曾注意到,基于NCEP资料,结果表明:点B2似乎目前最好的风力资源从整个海洋,而点C6,位于哈萨克斯坦的附近,被认为是,因为它提供了一个巨大的风能潜力,因为它可以看到从图5(一个)(平均值)。

图8(一个)说明了每月的功率密度的进化。首先,冬天时间和休息之间的差异也可以注意到,点B2不存在值高于C6。关于B2,可以观察到最多488 W / m²是1月报道,而相对于C6可以注意到以下差异:1月11日W / m²,March-45 W / m²5月- 7.5 W / m²,7月20日W / m²,9月8日W / m²,November-47 W / m²,分别。

最严重的变化可以关联到风的日/夜分布方向,点B2的图8 (b)。日间隔期间,风的很大一部分来自西南部门(海洋区域)相比,夜晚时间间隔,在北部部门(陆上地区)占主导地位,而对于风速没有明显变化。C6(图的点8 (c)),西北部门似乎更具代表性,而反向趋势是夜间观测时期风从东南部门条件发生更频繁。

4所示。讨论的结果

此刻虽然在欧洲,海洋边界更感兴趣,因为风条件一般似乎更有活力,可以获得可能的好处也从内陆盆地,如地中海和黑海(Ahmed Shata和Hanitsch13],Onea和Rusu [14])或从里海(克里莫夫et al。15),Rahmanov et al。16),这是相对接近这一地理区域。

自从NCEP数据集可以被认为是一个混合的数据来源,从原位测量的比较(风的速度和方向),这是注意到这种类型的数据往往平均风条件在近海或近岸地点。为了提供一个更好的视角获得的结果为两个盆地,在本节中,也有一些卫星测量分析,这是处理相应的位置相同的参考点,分别是:B1-B12(黑海)和C1-C12(里海)。这些测量来自通报(归档、卫星海洋数据的验证和解释)项目(17),这是一个多任务项目,多个卫星任务结合和校准,以获得一个精确的数据集可以在全球范围内。在目前的工作,风测量处理的时间间隔2010 - 2014(5年),每天每个时间序列具有一个值。

图9说明了参数的进化参考点在黑海。季节性分布呈现在图9(一个)总数和冬季时间,它可以观察到大海的点位于西部现在更多的精力充沛的功能。根据这些测量,B2礼物更重要的价值在总时间为4.1 m / s, 5.1 m / s冬天,紧随其后的是B1与5 m / s(冬季),b3 - 4.9 m / s(冬季)、b4 - 4.8 m / s(冬季)和B10-B12值靠近4.6 m / s(冬季)。在相反的方面,可以考虑分B7和B8,风速不超过3.1 m / s时的总时间在冬天或3.8 m / s。每月最相关点的风速分布呈现在图9 (b)的影响,冬季可以观察到。首先,它可以注意到,点之间的差异非常小,意义B2提出更高的值在1 (5.6 m / s)或间隔9 ~ 10月(4.8米/秒)。在夏季期间,参考点,区间2.3 - -4.2米/秒的风速可以注意到,有一些精力充沛的高峰在6月和9月。关于风的结构,在图9 (c),它是代表对应的直方图B2。因为它可以观察到,风出现的间隔3 - 6 m / s是最重要的,而值高于12 m / s几乎接近于零。坐落在冬季期间,风条件下3 m / s似乎无关紧要的报道总风预算。

在图执行类似的分析10在里海地区。季节性的平均值(图10 ())表明,点C6似乎最重要的风力资源指示最大6.6 m / s在冬天,这一点被NCEP还表示数据集。其他重要的点可以被认为是:C1 5.3 m / s, 6.6米/秒(total-winter时间),C2→5.1 m / s, 6.3 m / s和C12→5.3 m / s, 6.5 m / s。点C9似乎越少精力充沛,因为风条件不超过4.4 m / s,即使在冬天,这方面还表示,NCEP资料。关于月度分布、风的季节性模式条件下可以观察到当最多7.4 m / s出现在2月,而点C2大大降低值间隔10。在夏季期间,所选择的点有3至5米/秒风速值,较低的值被注册。风柱状图显示在图10 (c)点C6,总时间中可以观察到类似的分布作为B2的点,而在冬季的能量峰值间隔6 - 9 m / s报道。

表3提出了统计分析的风力条件考虑同一参考点表中给出2(摘要数据)。一般来说,它可以观察到,表示通过卫星测量的值显著低于给定的模型,在总和冬季时间。从95%的分析可以观察到黑海点现值范围在6.89 - -9.37米/秒(总时间)和8.16 - -10.23米/秒(在冬天)与里海相比,冬季时间值是接近11米/秒。的极端值,最大值为22.4 m / s由点C6,表示与15.9 m / s,其次是B2在对面点B7礼物至少13 m / s。在冬天,功率密度值在66 - 161 W / m²在B点,相对于212 - 245 W / m²在里海盆地。

5。结论

在目前工作全面的风能潜力提供了黑海和里海从气象的观点。分析都是基于再分析数据来自国家环境预报中心(NCEP),涵盖10年间隔(1999 - 2008),并在一些测量数据(包括现场和远程感知)。

除以每个目标区域分为四个矩形域,可以确定在每个盆地最有前途的位置角度的风能潜力。对于黑海地区,似乎发现风力资源最丰富的地区位于西北海的一部分,尤其是附近的点B2,位于靠近乌克兰。里海地区,分C5、C6(哈萨克斯坦)突出重要的价值观,特别是在冬天。越少精力充沛的地区被发现在南部黑海的一部分,而在里海低的风速和功率密度值被报道的点位于盆地的南部和西南地区。

这些结果也证实了卫星测量,表明,有一个很好的精度,最或越少精力充沛点两个方面有针对性的与下面提到的值通常由NCEP的模型。如果我们考虑到最精力充沛的地区也提出了有关波能源资源,它可以预期在不久的将来开发混合动力风浪农场,这可能也扮演着重要的角色在沿海保护(见,例如,Zanopol et al。18,19])。特别是考虑到沿海地区的许多目标受到强烈的海岸侵蚀的过程(Diaconu和Rusu [20.])。关于风的日/夜分布状况,发现这些条件为每个地理区域是不同的,而在当地范围内最重要的变化发生在风的定向模式。

都基于NCEP资料和卫星测量,结果表明,这两个封闭式海域有针对性的在目前的工作可以提供合适的条件的实现海上风力公园。另一方面,如果我们退一步看大局,可以认为自里海地区丰富的石油,目前很少有机会看到一个可再生能源项目。至于黑海,虽然最强风力条件注意到乌克兰的海岸线附近,考虑到当前的地缘政治环境,它可能是相当不现实的计划有一个离岸的农场。在这种情况下,它可以得出的结论是,最有趣的一个地区位于罗马尼亚海岸附近,近岸也具有良好的风能潜力的能力在离岸地区开发一个可再生能源项目。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的罗马尼亚国家教育部的批准,CNCS-UEFISCDI pn - ii - id - pce - 2012 - 4 - 0089(项目DAMWAVE)。第一作者的工作已经由部门运营项目人力资源开发2007 - 2013的欧洲基金在金融协议POSDRU / 159/1.5 / S / 132397。风数据集对应于乌克兰黑海海岸环境是善良的乌克兰研究水文气象研究所提供的。产生的测高仪产品Ssalto / Duacs通报和分布式的空间研究的支持。