荷兰海上风电的新发展

2019-08-30

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荷兰海上风电的新发展



DHI MetOcean Data Portal协助荷兰海上风电完成了世界上第一个基于网络的海洋水文数据库。


    海上风能在荷兰实现国际气候目标的道路上发挥着关键作用。2019年将是创纪录的一年,海上新装机容量将超过1千兆瓦。到2030年,荷兰海上风力发电能力将达到1100万千万,为家庭和工业提供电力。


    2014年9月,荷兰政府公布了第一个发展路线。到2030年将建成5座风力发电场。加上现有的风力发电场,这些将确保总装机容量达到45千兆瓦。除了Borssele(1400兆瓦),Hollandse Kust(zuid)(1400兆瓦)和Hollandse Kust(noord)(700兆瓦)风电场之外,2024年后还有三个地区被指定为风电场区:Hollandse Kust(west)(1400兆瓦)、Ten Noorden van de Waddeneilanden(700兆瓦)和Umuiden Ver(4GW)。




挑战

需要一个基于web的海洋水文数据库

    2016年,DHI为荷兰水域----Hollandse Kust(zuid)和Hollandse Kust(noord)以及两者之间的区域建立了一套新的设计基础,为海洋水文数据的提供提供了新的标准,显著降低了不确定性。这有助于降低近海风能的成本,为Hollandse Kust(zuid)风电场第1和第2号场址提供了一份没有补贴的投标书。

    自2016年以来,荷兰企业署一直在Hollandse Kust(noord)进行新的海洋水文数据测量和水深测量。荷兰企业署要求更新海洋水文的数据,同时进一步减少设计条件中的不确定性。

    此外,荷兰企业署正在寻找一个基于web的数据库,为开发人员提供设计所需的所有数据。数据必须包含荷兰北海的所有网格点,并以友好的方式提供给用户。



解决方案

先进的建模与基于web的海洋水文数据库相结合

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    DHI建立了1979年至2018年期间的高分辨率(水动力模型为~200m,波浪模型为~400m)高级数值模型(基于MIKE,DHI软件包提供动力),为荷兰北海地区提供海洋水文条件。

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    这些模型是由美国国家环境预测中心(NCEP)建立的气候预测系统再分析(CFSR)数据集中的风场/风压修正数据建立的。利用卫星和当地测量数据对模型结果进行了广泛的验证。

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    在荷兰风电场区域内的各个模型网格点,分别是Hollandse Kust(noord)、Hollandse Kust(west)、IJmuiden-Ver和Ten Noorden van de Waddeneilanden,可以得到模拟波浪、水流和水位条件的时间序列以及CFSR(校正过的)风场数据。因此,该数据库提供了55,900个波浪条件时间序列,而水流和水位时间序列有超过106,200个要素中可用,时间跨度为39年(1979-2018)。大气参数(温度、湿度和压力)是基于谐波模型,并提供其他海洋水文参数。

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DHI基于web的数据库显示了覆盖模型的水深和计算网格

海洋水文数据的研究和基于web数据库的亮点

  • 覆盖荷兰北海的40年风场数据,并与风资源评估研究(Hollandse Kust(noord)WFZ)保持一致

  • 建立经验风廓线,以取得更准确的高纬度风速数据

  • 40年高精度水动力(200米)及波浪模型(400米)

  • 使用横跨荷兰北海的20多个测量站对模型进行校正和验证

  • 不仅在海上风力发电场区域,而且为电缆走廊相关区域提供可靠的数据

  • 采用最先进的非平稳统计分析,提供可靠的设计数据,提高精确性

  • 提供不同高度的气象数据(10,60,100,120,160,200,250及300)

  • 在55,900个点位提供海浪/风场资料(包括NSS表及极端情况)

  • 在106,200个地点提供高精度水流、水位数据

  • 为荷兰北海地区提供二维光谱数据

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1989-2018年期间,模型与欧洲平台测量值之间显著波高的比较




统计分析的特点

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  • DHI利用最先进的工具套件进行极值分析,这是基于非平稳极值统计的最新进展。

  • J-EVA套件工具非常适合在复杂地区像荷兰北海,这是因为水文数据在不同的波浪系统中存在着差异(风暴来自北海北部,北大西洋风暴来自英吉利海峡和影响时间短,但是强烈的西风风暴)。

  • 不同的波浪系统在海况陡度、风暴持续时间、风浪失调、季节变化等方面具有不同的特性,但都可能对荷兰海上风电场区域结构的波浪荷载设计有影响。DHI J-EVA处理这些变化始终如一,因为它不同于传统的方法,无论是在季节或方向上都不假定平稳性。此外,作为一个数据驱动的模型,它既没有对空间分布做出先验假设,也没有对季节性做出假设。

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分位数回归分析,二维张量积P-splines组分。彩色表面显示各个张量积B-spline样乘以各自的-coefficient。使用了二次<span




结果

精确可靠的海洋水文数据

    通过对荷兰北海20多个测量站数值模型的验证,表明数值模型准确性高,保证了在预期区域的海洋水文条件准确和高质量。

    经过充分验证的模型和先进的统计工具相结合,产生了更精确的极值,为荷兰北海的设计奠定了新的基础。这将节约成本,减少不确定性,提高准确性。

    随时为开发人员、设计人员、建模人员和其他相关从业者提供认证数据。

    在用户友好、快速和灵活的web的数据库中,可以获得时间序列和频谱的Terabits建模数据。此外,用户还可以访问超过5.5万个点的正常和极端情况分析。

其中一些亮点是:

  • 在Hollandse Kust(noord)容易取得经核证的海洋水文数据

  • 数据实用性强,可用于设计

  • 减少设计资料的保守性,令设计更具成本效益

  • 在Hollandse Kust(west)、IJmuiden Ver、Noorden van de Waddeneilanden海上风电场和电缆走廊区域方便地取得数据