Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Энергия приливов в Южно-Китайском море

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Зы Ван Тоан

Введение.

1. Краткий обзор физико-географических условий

Южно-Китайского моря.

1.1. Морфометрия.

1.2. Гидрометеорологический режим.

1.3. Обзор исследований приливных явлений.

2. Двумерная гидродинамическая приливная модель.

2.1. Исходные уравнения.

2.2. Конечно-разностная схема расчета.

2.3. Начальные и граничные условия.

2.4. Расчетная схема и исходные данные.

2.5. Расчет суммарного прилива.

3. Энергия морских приливов.

3.1. Основные понятия.

3.1.1. Энергетические и мощностные характеристики.

3.1.2. Собственный и индуцированный прилив.

3.1.3. Донное трение.

3.2. Методика расчета приливных энергетических характеристик.

3.2.1. Уравнение баланса приливной энергии.

3.2.2. Расчет "астрономического потока", обусловленного действием приливообразующей силы.

3.2.3. Расчет горизонтального волнового потока.

3.2.4. Расчет "фрикционного потока", обусловленного диссипацией приливной энергии донным трением.

4. Характеристики приливных движений в Южно-Китайском море.

4.1. Приливные колебания уровня.

4.2. Приливные течения.

4.3. Суммарный прилив.

5. Энергия приливов в Южно-Китайском море.

5.1. Энергосодержание.

5.2. Астрономический поток приливной энергии.

5.3. Горизонтальный волновой поток приливной энергии.

5.4. Фрикционный поток приливной энергии.

5.5. Приливный энергетический баланс.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Энергия приливов в Южно-Китайском море"

В условиях развивающейся экономики Вьетнама и интенсивного роста энергопотребления оценка существующих природных источников энергии, в том числе морской приливной энергии Южно-Китайского моря, является весьма важной и актуальной задачей.

В последнее время с развитием науки и техники в мире добились значительных успехов в промышленном использовании приливной энергии с помощью приливных электростанций (ПЭС), являющихся источниками дешевой, экологически чистой возобновляемой энергии. Приливные электростанции уже строились в таких странах как Франция (Ране), Россия (Кислогубская), Канада (Аннаполис), Китай (Цзянсянь), Южная Корея (Инчхон) /1,2,3,4,5,6,7,8,9/. Проектирование строительства приливных электростанций ведутся в этих странах, а также в Австралии, Аргентине, Индии, Великобритании, США, на побережье которых приливные колебания достигают значительных размеров /1,9/.

Приливные электростанции в последние годы уже доказали свою экономическую эффективность и экологическую безопасность по сравнению с другими видами энергий! Например, во Франции начиная с 1995 года, стоимость электроэнергии ПЭС Ране составляет 18,5 сантима/кВт, то есть стала ниже, чем стоимость гидроэлектростанций (22,61 сантима/кВт), а также у теплоэлектростанций потребляющих уголь (34,20 сантима/кВт) и атомных электростанций (26,15 сантима/кВт). Эта тенденция разрыва стоимости, все более увеличивается в пользу приливной электростанции, так как ресурсы ПЭС вечны, а ресурсы тепловых электростанций начинают подходить к концу. Приливные электростанции являются гораздо более экологически чистым источником энергии, так как они не выбрасывают в атмосферу отравляющих веществ в отличие от теплоэлектростанций, не затапливают значительных участков земли и не угрожают волной прорыва в отличие от гидроэлектростанций, не представляют никакой потенциальной угрозы человечеству в отличие от атомных электростанций /10/.

С экологической точки зрения изучение морских энергетических ресурсов приливов прибрежной зоны связано с прикладной проблемой ее промышленного использования, крайне необходимого и перспективного в недалеком будущем /1,3,6,7/.

К сожалению, до сих пор исследования в этом специальном направлении для Южно-Китайского моря (ЮКМ) не проводились, особенно это относится к прибрежной зоне Вьетнама. Исследования приливного режима ЮКМ и залива Бакбо осуществлялись многими авторами: Богданов К. Т. /11/, Сергеев Ю. Н. /12,13/, Нгуен Нгок Тви /14,15/, Данг Конг Минг /16/, Йе А. Л., Робинсон Д. С. /17/, Нгуен Тхо Шао /18/, Буй Хонг Лонг /19,20/, Нгуен Тхи Бай /21/. Все эти исследования были выполнены с целью получения океанографической информации для прибрежного гидротехнического строительства, судоходства и рыболовства.

Проблема количественной оценки приливных энергетических характеристик основных гармоник приливов ЮКМ сколько-нибудь детально еще не рассматривалась и нуждается в комплексном исследовании для оценки приливных энергетических ресурсов и возможности промышленного использования экологически чистого источника энергии приливов /7,10/.

Целью настоящей диссертационной работы являются анализ приливного режима и количественная оценка таких приливных характеристик как:

- Кинетическая, потенциальная и полная энергия;

- Астрономический поток приливной энергии, обусловленный действием пршшвообразующей силы;

- Горизонтальный волновой поток приливной энергии;

- Фрикционный поток, обусловленный диссипацией приливной энергии донным трением;

- Приливный энергетический баланс в Южно-Китайском море, заливах Бакбо и Сиамском.

Исследование одновременно позволяет уточнить существующие представления о структуре приливных течений и колебаний уровня моря в ЮКМ за счет учета новых уточненных данных о глубине моря /22/, а также новой методики расчета энергетических характеристик приливов /7/.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

- Создание базы данных для расчетов;

- Составление программы для расчета приливных колебаний и течений на основании двумерной приливной гидродинамической модели с учетом приливообразующей силы, а также выбор расчетной сетки;

- Проведение расчета приливных колебаний и течений, как для основных гармоник, так и для суммарного прилива, а также анализ полученных результатов;

- Проведение расчета поверхностной плотности, внутрипериодной изменчивости и суммарного по бассейну значения указанных выше энергетических характеристик с анализом полученных результатов;

-Проведение расчета и анализ приливного энергетического баланса в Южно-Китайском море, заливах Бакбо и Сиамском.

Новые результаты, полученные в настоящей диссертационной работе, состоят в следующем:

- Впервые применен дифференциальный «объемный» или «массовый» метод расчета астрономического потока для природного морского бассейна, позволяющий картировать поверхностную плотность астрономического потока;

- Впервые выполнен анализ векторных полей волнового потока с учетом внутрипериодной изменчивости для природного морского бассейна. Такой подход позволил вскрыть важные внутренние свойства физического механизма горизонтального волнового энергопереноса, в частности «пакетный» характер распространения энергии;

- Впервые получено картографическое представление распределения энергетических характеристик по бассейну ЮКМ, позволяющее четко определить зоны повышенной концентрации, а также зоны источников и стоков приливной энергии;

- Впервые установлено, что в районе ЮКМ приливообразующие силы оказывают тормозящий эффект на приливные движения полусуточных волн и усиливающий эффект на движения суточных волн. Полученный результат совместно с балансом приливной энергии дает объяснение того, почему в ЮКМ в отличие от большинства районов Мирового океана, суточный прилив имеет преобладающий характер;

- Впервые получен полный и детальный приливный энергетический баланс для ЮКМ и прибрежной зоны Вьетнама, позволяющий количественно охарактеризовать сравнительную роль в его формировании таких географических объектов как проливы (Ваши, Тайваньский, Зондский), заливы (Бакбо, Сиамский, Пулау Лакей), мелководья и архипелага (Бунгуран, районы м. Камау и остров Хайнань).

Полученные в работе результаты могут служить основой для изучения проблемы промышленного использования приливной энергии в различных районах побережья Южно-Китайского моря. Результаты могут быть использованы в таких отраслях народного хозяйства как проектирование, строительство и эксплуатация морских гидротехнических сооружений, поиск и добыча нефти и других полезных ископаемых, судоходство и рыболовство.

Настоящая работа состоит из пяти глав. В первой главе описываются основные характеристики физико-географических условий региона, а также дается обзор результатов прежних исследований приливных явлений исследуемого бассейна. Во второй главе излагается метод численного моделирования приливных явлений. В третьей главе описываются основные понятия и излагаются методы расчета приливных энергетических характеристик. В четвертой главе приводятся результаты и анализ исследования приливных колебаний уровня и течений. В пятой главе приводятся результаты расчета энергетических характеристик и анализ энергетического баланса. В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Гипотеза о физической природе аномального характера приливных колебаний ЮКМ, заключающегося в преобладании суточных гармоник над полусуточными. Гипотеза основана на детальном анализе эффекта приливообразующих сил и их вклада в энергетический баланс.

2. Методические результаты, из которых основными являются:

- Массовый (дифференциальный) метод расчета «астрономического» потока энергии, позволяющий рассчитывать пространственное распределение эффекта приливообразующих сил и картировать полученные результаты;

- Метод расчета внутрипериодной изменчивости энергетических характеристик.

3. Геофизические результаты, из которых основными являются:

- Более полная форма энергетического приливного баланса ЮКМ;

- Выявление «пакетного» характера распространения энергии при ее волновом переносе;

Различная энергетическая структура (соотношение между потенциальной и кинетической формами энергии) суточного и полусуточного приливов ЮКМ.

Диссертация выполнена в РГГМУ под руководством профессора, доктора географических наук А. В. Некрасова, которому автор выражает искреннюю благодарность за помощью в работе.