UL国际-德国风能研究所专家：基于水下声呐测量进行极端海浪预测

能见APP讯：10月19日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。UL国际-德国风能研究所海上风电机组专家Uwe Stoeber在分论坛上作了主题发言，分享的主题是，基于水下声呐测量进行极端海浪预测及对海上风电机组机构的影响分析。

以下为发言全文：

Uwe Stoeber：为什么我们要测量这一个海浪呢？其中一个原因，就是我们要确保我们的基础设施，我们的风机这个基础设施是什么呢？比如说，可以适合IEC 61400-3，还有一个GL的指南，另外，这个里面还有一些细节。当然，还有当地的政府有一些其他的要求。比如说，我们在国家有7005号标准。所以，这个是第一个原因。那么，第二个，就是我们的结构模型的测试还有生效。如果我们知道我们的这个传感器的位置，还有它的样本我们都是要测试的。

最后一个，就是我们的这一个安全和运营的需求。因为这一个风场进入运营阶段，我们就需要将我们的员工送到这个风场上面去，特别是我们个人的员工。因为我们要确保我们的员工可以上到风机上面去。然后，我们这个风机可以加载适量的重量不会产生问题。说到我们的FINO 1，就是德国这样一个数据。大家可以看到，这个是德国状况。我们实际上离海岸有一点远，这个在03年的时候建立的，这个主要是监测我们的这一个海上情况，目的就是为德国的这一个海上的风机分场提供一些数据支持。另外，进行气侯监测的平台。那么，这里也是高度是180米，在这个水里面有我们这一个波浪测量机器，我们所使用的是什么样子的呢？这个都是升波流速仪，在这里我们有这个波浪周期，还有波浪的方向，还有一个流速的情况。那么，我们还有另外一个。就是这个波浪浮标，这样就知道长期的一个波浪数据。我们有的时候也是会使用到的就是什么呢？就是这个风速剂，这个就是100米高的时候使用这个风速剂。为什么我们要如此依赖它呢？因为它是非常小的一个数据。但是，它可以测量很多很多的东西。那么，这个是一个8个方面。如果能够了解AWAC这样一个系统。大家就可以看到，从我们的这一个海床到海面的高度。而且，可以知道这一个波浪立子的流速还有知道这个方向。所以，就可以获得直接的数据，以及这一个潮位的高度。所以，比如说，这里是0.1的这一个全景。

这个是在这一个分段的这个分机建模的时候可以使用的这些数据。

这个就是我的这个数据，这是来自于一个机器里面的，在上面大家可以看到，通常都会有一个海面。这个是海平面。这个是一年的这个海平面情况。上面这个红色的这样一条线可能就是比较难以看的。大家可以看到，他的这个夏天还有冬天的这一个潮高，增加了我们的普通的这个海位线，海平面线。下面可以看到，这个就是一个海潮的一个情况。当然，这个也是一个区域一米一个海浪分析。这个是第二行的蓝色的，这个也是一米的。有的时候在冬天的时候，可能会有好几米高。所以，最高点是在大概10月份的时候达到的。下面一个主要是朝向，主要就是在230到360这样一个区域范围，这个是很多的，从同一个方向的。大概是从同一个方向或者到30度这样一个方向。另外，我们还要测量的是这一个海浪的标高，浮标。我们测量了30米，就可以看到这个潮东这样一个流速，就是0.5到负0.5之间的。在上面的这一行有非常好的一个。这个蓝色的是比较好的一个流速，这个黄色是比较慢的这样一个流速。

说到我们这样一个波高，这个是我们这个波高值方图，这里有一个波高一个高度，还有一个发生频率。我们有这样一个波高分布里河。可以看到极端值一个预测，这个预测有一个预测情况。所以，大家可以看到，我们将这样子的这个波高的分布表现出来，我觉得在这里这个和两个分布模型是契合。右面这个上面可以看到，在50年一遇这样一个大波浪高度上面，就是这样一个数据。那么，实际上也是产生了一些不确定性的区间。现在我们在看一下，现在特别极端，就是有一个这样的情况。因为我们可以使用它来预测这个极端的一个波高。因为这个是有一年的一个数据预测这个波高。如果IEC说，你们有这样子的一个分布工具，你就可以看到，这个是他的一个波高，乘以1.86，就是一个假设的分布。下面说到一些经验，这个是30到60米之间。那么，这个分布数字是比较小的。所以，这个就是他的这个不确定性最低。但是，现在说到了我们这个不同的海况。通常正常的海况，就是在正常的这个情况，这个是在正常运行期间。对于这样子的一个，我们有这样一个数据，这个是少一年的，但是非常游泳的。就是三个区间，因为这个非常非常的大的一个去向。我们这样一个数据都是要测试50年这样一个波高情况，最后也是有另外一个数据来测量他的这个风速。然后，它结合风速和海浪。这个风速和海浪的情况。这里给大家展示一下，风速和海浪这样一个共同的工作情况。

当然，看到这个比较的低。然后，我们这里有一个比较强风。这个波高就是比较的高，这个就是我们一些观测数据。那么，我们使用这种方式来了解一个波高和一个风之间的关系，这个就是我们在右面看到这个图。这个X轴就是风速，这个Y就是严重海况的波高。大家可以看到，这个一直在增长，25的时候，它的这个数字是下降的。大家可以看到这个边际，这个分布度大家可以看一下。那么，接下来在这里的时候有一个增长的情况，我的预测也是这样的。那么，我们将他乘1.86就知道了，单个波高一个分布情况了。现在看一下我们的研究工作，那么，这就是我们的所做的事情，如何呈现我们一年的测量结果，因为这里有三个不同的环境影响数据，这个是一年时间拿到的。实际上可以有更多的数据。但是，我们现在拿到的就是这样多。现在做就是长期的数据，就是来计算50年的这个重现期的情况。这是一个单个极端这个波高的情况，这个就是2004年到2016年情况，从11米到16米，10米到16米，大家可以看到，在我们设计的时候，我们风机的时候，我们可以有不同的考虑。我们可以看到这一年只有11米的时候，我们可以看到了这个风机有很多的不同的。那么，在这里有指数，这个就是北大西洋振荡组织，这个就是我们来描述北半球这样一个海浪情况的一个简写。我们在这里看到了什么呢？就是这样一个应用模式。比如说，实际上大家可以看到，在这个里面可以看到现在状况的一个测量。所以，我们现在有11到16米之间的这个区间，还有3到5年的时间，实际上我们看到了它的这一个振荡情况。我们看到不同的测量时间，这里有从第一年到第13年的情况，可以看到最低的值还有最高值。这些数值还没有发表，这个是最近的研究成果。

可以看到11到13，16米，可以看到什么呢？可以看到他们之间的差距越来越少，第四年的时候，他们振荡周期在这样，他们之间的这一个区别越来越少。所以，4年时间里面他们之间就是变得越来越低。所以，我们在这样的情况下，我们至少需要4年的时间也是对这些数据进行分析。可能我们希望也能够监测的时间更长，这些也是可以的。

说到我们的竞争的结果，就是说到我们的这一个波高的分析情况，一年的波高10.5到11.2之间，50年就是11.1到16.1之间。那么，这个和我之前的一个假设是相联系的，是相关的。通过我们的分布获得最低不确定值。这个就是11.4，而不是15.8。说到严重的一个海况，主要是来自于这个。说到海洋气况，建设之前一年的化时间获得的海洋气象的监测数据，我们50年的极端波高，就是11到16之间。同时，除了50年之外，还有1年这样一个周期。大家可以看到，在开始的阶段我们有很多很多的海浪。我们就可以根据这个来设计你的这一个物流和仓库。这是0.77这样子一个数值，所以，这个是我们的这样一个数据。这个是从11年到16年一个测试情况，所以，通过这样子的一个测量结果，我们就需要根据我们的振荡，就是我们这样多年这样一个情况来了解来分布设计我们这样一个情况。我演讲就是这么多。谢谢。

主持人：谢谢。刚刚听了一下，利用这个水下声纳来预测这个阶段海浪，这个还是比较的前沿的技术，国内还没有相关的机构展开这个方面的研究。所以，非常感谢Uwe Stoeber先生把他们UL最前沿的一个海上技术让我们一起分享，让我们以热烈的掌声再一次感谢。这个是非常好一个技术，建议搞海上风电相关的机构，还有有识之士可以就这一项技术尽快地可以跟UL国际进行联系，形成一种合作，可以把这个技术更快地导入到国内，助推我们国内的海上风电。再一次感谢Uwe Stoeber先生。