alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.19-21.036-048alternative-1119Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGYСЕЗОННАЯ И МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОТОКА ВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕSEASONAL AND INTERANNUAL VARIABILITY OF THE WAVE ENERGY FLOW IN THE BARENTS SEAМысленковС. А.MyslenkovS. A.

старший научный сотрудник кафедры океанологии географического факультета

Senior Researcher at Department of Oceanology, Faculty of Geography

k_sophia_v@mail.ruСтоляроваЕ. В.StoliarovaE. V.

магистр, кафедра океанологии географического факультета

M.Sc., Department of Oceanology, Faculty of Geography

k_sophia_v@mail.ruМаркинаМ. Ю.MarkinaM. Yu.

аспирант кафедры океанологии географического факультета; стажёр исследователь в ИО РАН

Postgraduate in Lononosov Moscow State University, Research Scientist in P.P. Shirshov Institute of Oceanology

k_sophia_v@mail.ruКиселеваС. В.KiselevaS. V.

канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник научно- исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета

Ph. D. (physics and mathematics), Senior Researcher at Renewable Energy Sources Laboratory

k_sophia_v@mail.ruАрхипкинВ. С.ArkhipkinV. S.

канд. географ. наук, доцент кафедры океанологии географического факультета

Ph.D. (geography), Assistant Professor at Department of Oceanology, Faculty of Geography

k_sophia_v@mail.ruГорловА. А.GorlovA. A.

канд. техн. наук, старший научный сотрудник, руководитель проектов «Энергетика океана» Института Океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Ph.D. (engineering), Senior Researcher, Head of Ocean Energy Projects

k_sophia_v@mail.ruУмновП. М.UmnovP. M.

начальник отдела ИТ географического факультета

Head of IT Department, Faculty of Geography

k_sophia_v@mail.ruМГУ имени М. В. Ломоносова; ФГБУ Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской ФедерацииРоссияLomonosov Moscow State University; P.P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences (IO RAS); Hydrometeorological Research Centre of the Russian Federation, Marine Forecast DivisionRussian FederationМГУ имени М.В.ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationМГУ имени М. В. Ломоносова; ФГБУ Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАНРоссияLomonosov Moscow State University; P.P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences (IO RAS)Russian FederationМГУ имени М. В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationФГБУ Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАНРоссияP.P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences (IO RAS)Russian Federation201715102017019-213648Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1119

Оценивалась сезонная и межгодовая изменчивость потока волновой энергии для акватории Баренцева моря, где автономное энергоснабжение объектов на побережье, в шельфовой зоне, в открытом океане может быть наиболее востребовано. Численные расчеты параметров ветрового волнения проведены на основе спектральной модели ветрового волнения WaveWatch- III, разработанной в Национальном управлении океанических и атмосферных исследований (NOAA), и данных о ветре на высоте 10 м из реанализа NCEP/CFSR, который охватывает период 1979–2010 гг. В модели учтено влияние льда, а также диссипация энергии волн при подходе к берегу, что имеет существенное значение в связи с выбором объекта исследований (открытые и прибрежные районы Баренцева моря). Расчеты проводились на оригинальной неструктурной сетке, пространственное разрешение которой изменялось от 15 км в открытых акваториях до 500 м в прибрежной зоне. Первичными результатами моделирования явились высоты значительных волн и перенос волновой энергии для каждого узла расчетной сетки (шаг по времени составлял 3 часа, период охвата – 30 лет). Результаты представлены в виде диаграмм межгодовой и внутригодовой изменчивости потока волновой энергии, а также карт распределения обеспеченности. Установлено, что поток волновой энергии меняется в открытой части моря от 2–5 кВт/м волнового фронта в летние месяцы до 60–100 кВт/м зимой; в акваториях Баренцева моря у побережья Кольского полуострова максимальные значения потока в зимние месяцы составляют 20 кВт/м; средне- многолетняя обеспеченность волновой энергией более 1 кВт/м в открытой части Баренцева моря в течение всего года превышает 80–90 %; в прибрежной части моря высока ее внутригодовая изменчивость, в летний период обеспеченность здесь сокращается до 60 %.

 

The paper estimates the seasonal and interannual variability of the wave energy flow for the Barents Sea, where the autonomous power supply of objects on the coast, in the shelf zone and in the open ocean can be most in demand. Numerical calculations of the wind wave parameters were carried out using the wind wave spectral model WaveWatch-III developed at the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), and wind data at an altitude of 10 m from NCEP / CFSR reanalysis, which covers the period 1979-2010. The model takes into account the influence of ice, as well as the dissipation of wave energy when approaching the shore, which is of considerable importance in connection with the choice of the object of research (open and coastal areas of the Barents Sea). The calculations were carried out on an original non-structural grid, the spatial resolution of which varies from 15 km in open water areas to 500 m in the coastal zone. The primary results of the simulation are the heights of significant waves and the transfer of wave energy for each node of grid (the time step is 3 hours, the coverage period is 30 years).The results are presented in the form of diagrams of the interannual and intra-annual variability of the wave energy flow, as well as the distribution maps of the flow probability of occurrence. The paper estimates that the flow of wave energy varies in the open part of the sea from 2-5 kW / m in the summer months to 60-100 kW / m in winter; near the coast of the Kola Peninsula, the maximum values of the wave energy flux in the winter months are 20 kW / m; the average multi-year probability of occurrence of wave energy flow (more than 1 kW / m) in the open part of the Barents Sea exceeds 80-90% in all seasons of the year; in the coastal part of the sea, its intra-annual variability is high, in the summer the probability is reduced to 60%.

поток волновой энергииБаренцево мореспектральная модель ветрового волнения WaveWatch-IIIреанализ NCEP / CFSRизменчивостьобеспеченностьwave energy flowBarents Seawind wave spectral model WaveWatch-IIIreanalysis NCEP / CFSRvariabilityprobability of occurrenceReferencesГорлов, А.А. Научная и экспериментальная инфраструктура развития морских ВИЭ [Текст] / А.А. Горлов // Энергия: экономика, техника, экология. − 2017. − № 4. − С. 21−31Gorlov A.A. Scientific and experimental infrastructure for development of marine renewable energy (Nauchnaya i eksperimental'naya infrastruktura razvitiya morskikh VIE). Energiya: ekonomika, tekhnika, ekologiya. 2017;(4)21–31 (in Russ.).Горлов, А. А. Энергетика ветрового волнения [Текст] / А.А. Горлов // Энергия: экономика, техника, экология. − 2015. − №2. − С. 30−39.Gorlov A.A. Wind wave energetics (Energetika vetrovogo volneniya). Energiya: ekonomika, tekhnika, ekologiya. 2015;(2)30–39 (in Russ.).Русецкий, А.Н. Быстро окупаемая экологичная экстремальная энергетика – мегаватты и гигаватты – от морских и океанских волн и ветра [Электронный ресурс] /А.Н. Русецкий // Инновации. – 2007 – № 6 (104). – Режим доступа: http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/izobret/gr20/ energetica.htm – (Дата обращения: 27.07.2015).Rusetskii A.N. Quickly recouped ecological extreme energy – megawatts and gigawatts – from sea and ocean waves and wind (Bystro okupaemaya ekologichnaya ekstremal'naya energetika – megavatty i gigavatty – ot morskikh i okeanskikh voln i vetra). Innovatsii, 2007; 6 (in Russ.).Минин, В.А. Перспективы освоения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии на Кольском полуострове / В.А. Минин, Г.С. Дмитриев. − Мурманск: Изд-во Беллона, 2007. – 93 с.Minin V.A. Prospects for development of nontraditional and renewable energy sources on the Kola Peninsula (Perspektivy osvoeniya netraditsionnykh i vozobnovlyaemykh istochni-kov energii na Kol'skom poluostrove), Bellona, 2007 (in Russ.).Режим, диагноз и прогноз ветрового волнения в океанах и морях [Текст]: [научно-методическое пособие] / [З. К. Абузяров и др.]; Федеральная служба гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет); под ред. Е.С. Нестерова. – М.: Гидрометеорологический науч.-исслед. центр Российской Федерации, 2013. – 292 с.Abuzyarov Z.K. et al. The regime, diagnosis and forecast of wind waves in the oceans and seas: a scientific and methodical manual (Rezhim, diagnoz i prognoz vetrovogo volneniya v okeanakh i moryakh: nauchnometodicheskoe posobie), Moscow: Hydrometeorological Research Centre of Russian Federation (Hydrometcentre of Russia), 2013 (in Russ.).Мысленков, С.А. Моделирование штормового волнения в Баренцевом море [Текст] / С.А. Мысленков [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 5: География. – 2015. – № 6. – С. 65−75.Myslenkov S.A. Storm wave modeling in the Barents Sea (Modelirovanie shtormovogo volneniya v Barentsevom more). Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya, 2015;(6)65–75 (in Russ.).Stopa, Justin. Wave climate in the Arctic 1992−2014: seasonality and trends [Text] / Justin Stopa, Ardhuin Fabrice, Girard-Ardhuin Fanny // Cryosphere. – 2016. – No 10 (4). – P. 1605−1629.Stopa Justin, Fabrice Ardhuin, Fanny GirardArdhuin Wave climate in the Arctic 1992–2014: seasonality and trends. Cryosphere, 2016;10(4):1605–1629 (in Eng.).Справочные данные по режиму ветра и волнения Баренцева, Охотского и Каспийского морей / Ред. Л.И. Лопатухин, А.В. Бухановский, А.Б. Дегтярев, В.А. Рожков. СПб.: Российский морской регистр судоходства/ – 2003. – 213 с.Reference data on the regime of wind and waves in the Barents, Okhotsk and Caspian seas (Spravochnye dannye po rezhimu vetra i volneniya Barentseva, Okhotskogo i Kaspii-skogo morei / Ed. L.I. Lopatukhin, A.V. Bukhanovskii, A.B. Degtyarev, V.A. Rozhkov). 2003 (in Russ.).Bingchen, Liang. 22-Year wave energy hindcast for the China East Adjacent Seas [Text] / Bingchen Liang [et al.] // Renewable Energy. – 2014. – No 71. – P. 200–207.Bingchen, Liang et al. 22-Year wave energy hindcast for the China East Adjacent Seas. Renewable Energy, 2014;71:200–207 (in Eng.).Adem, Akpınar. Assessment of wave energy resource of the Black Sea based on 15-year numerical hindcast data [Text] / Adem Akpınar, Murat Ihsan Komurcu // Applied Energy. – 2013. – No 101. – P. 502–512.Adem Akpınar, Komurcu Murat Ihsan. Assessment of wave energy resource of the Black Sea based on 15-year numerical hindcast data. Applied Energy, 2013;101:502–512 (in Eng.).Архипкин, В.С. Оценка потенциала волновой энергии прибрежной акватории полуострова Крым [Текст] / В.С. Архипкин [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. –№ 20. – С. 25–35.Arkhipkin V.S Evaluation of the wave energy potential of the coastal water area of the Crimean penin sula (Otsenka potentsiala volnovoi energii pribrezhnoi akvatorii poluostrova Krym). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2015;(20)25–35 (in Russ.).Мысленков, С.А. Оценка качества моделирования волнения в Баренцевом море при прохождении зимнего циклона [Текст] / С.А. Мысленков, П.А. Го- лубкин, Е.В. Заболотских // Вестник Московского университета. Серия 5: География. – 2016. – № 6. – С. 26–32.Myslenkov S.A. Evaluation of the quality of wave modeling in the Barents Sea during the passage of a winter cyclone (Otsenka kachestva modelirovaniya volneniya v Barentsevom more pri prokhozhdenii zimnego tsiklona). Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya, 2016;(6)26–32 (in Russ.).Tolman, H.L. User manual and system documentation of WAVEWATCH-III Version 4.18. NOAA/NWS/NCEP/MMAB Technical note. 1984. – 282 p.Tolman H.L. User manual and system documentation of WAVEWATCH-III Version 4.18. NOAA/NWS/NCEP/MMAB Technical note. 1984 (in Eng.).Hasselmann, S. Computations and parameterizations of the nonlinear energy transfer in a gravity-wave spectrum, part 1, 2: A new method for efficient computations of the exact nonlinear transfer integral [Text] / S. Hasselmann, K. Hasselmann // J. Phys. Oceanogr. – 1985. – No 15. – P. 1369–1391.Hasselmann S., Hasselmann K. Computations and parameterizations of the nonlinear energy transfer in a gravity-wave spectrum, part 1, 2: A new method for efficient computations of the exact nonlinear transfer integral. J. Phys. Oceanogr., 1985;15:1369–1391 (in Eng.).Battjes, J.A. Energy loss and set-up due to breaking of random waves [Text] / J.A. Battjes, J.P.F.M. Janssen // Proc. 16th Int. Conf. Coastal Eng. – 1978. – P. 569–587.Battjes J.A., Janssen J.P.F.M. Energy loss and set-up due to breaking of random waves. Proc. 16th Int. Conf. Coastal Eng. 1978, pp. 569–587 (in Eng.).Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) [Text] / K. Hasselmann [et al.] – Erg¨anzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift, Reihe A(8). – 1978. – Vol. 12. – 95 p.Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) / K. Hasselmann [et al.]. – Erg¨anzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift, Reihe A(8). 1978;12:95 (in Eng.).SMS User Manual. – 2013. – Vol. 11.1. – 1059 p. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.xmswiki.com/wiki/SMS:SMS_User_Manual _11.1. (Дата обращения: 27.07.2015).SMS User Manual. 2013, Vol. 11.1, 1059 p. Available on: http://www.xmswiki.com/wiki/SMS:SMS_User_Manual _11.1 (27.07.2015) (in Eng.).База данных о рельефе дна GEBCO (General Bathymetric Chart of the Oceans) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gebco.net/ (Дата обращения: 27.10.2016).GEBCO (General Bathymetric Chart of the Oceans. Available on: http://www.gebco.net/ (27.10.2016) (in Eng.).Мысленков, С.А. Оценка высоты волн зыби в Баренцевом и Белом морях [Текст] / С.А. Мысленков, В.С. Архипкин, К.П. Колтерманн // Вестник Московского университета, Серия 5: География. – 2015. – № 5. – С. 59–66.Myslenkov S.A. Assessment of the height of swell waves in the Barents and the White Seas (Otsenka vysoty voln zybi v Barentsevom i Belom moryakh). Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya, 2015;(5)59–66 (in Russ.).Saha, S. The NCEP climate forecast system reanalysis [Text] / S. Saha [et al.] // Bull. Am. Meteor. Soc. –2010. – No 91. – P. 1015–1057.Saha S. et al. The NCEP climate forecast system reanalysis. Bull. Am. Meteor. Soc., 2010;(91):1015–1057 (in Eng.).Лопатухин Л.И. Справочные данные по режиму ветра и волнения Балтийского, Северного, Черного, Азовского и Средиземного морей / Л.И. Лопатухин // Лопатухин Л.И. Российский морской регистр судоходства / Л.И. Лопатухин, А.В. Буха- новский, С.В. Иванов, Е.С. Чернышова. – СПб, 2006. – 452 с.Lopatukhin L.I. Reference data on the regime of wind and waves in the Baltic, Northern, Black, Azov and Mediterranean seas (Spravochnye dannye po rezhimu vetra i volneniya Baltiiskogo, Severnogo, Chernogo, Azovskogo i Sredizemnogo morei), St. Petersburg, 2006 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.