Разработка веб-атласа доступной энергии волн и ветра прибрежной зоны морей России: информационное и картографическое обеспечение (на примере Чёрного моря)

Согласно ранее проведенным оценкам, побережья России обладают высоким потенциалом волновой и ветровой энергии. При этом использование нескольких видов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) позволяет преодолеть присущий им недостаток – неоднородность во времени потока энергии. В настоящее время за рубежом и в России при оценке потенциала ветровых и волновых ресурсов широко используются результаты спутниковых наблюдений, математическое моделирование и данные реанализов. На этой основе разрабатываются карты, атласы, базы данных и иные информационные ресурсы (как в печатной, так и в электронной форме) для проектирования, математического моделирования производительности энергетических станций и установок на ВИЭ, в том числе гибридных.

В статье приведены результаты первого этапа разработки веб-атласа волновой и ветровой энергии для прибрежной зоны морей РФ. Задачи данного этапа связаны с проработкой информационного и картографического обеспечения атласа. Представлены методы расчета волновых и ветровых характеристик (спектральная волновая модель SWAN) и источники данных – реанализы скорости ветра NCEP/CFSR и NCEP/CFSv2 за периоды 1979–2010 гг. и 2011–2016 гг. В качестве характеристик энергетического потенциала рассчитаны и проанализированы среднемноголетние значения высоты значительных волн, длины и периода волн, потока волновой энергии, обеспеченности, а также средняя удельная мощность ветрового потока.

Детально рассмотрены инструменты разработки прототипа веб-атласа. Веб-атлас базируется на классической трехзвенной модели, включающей подсистему хранения данных (сервер баз данных), подсистему анализа и публикации данных (непосредственно ГИС-сервер) и подсистему веб-приложений, обеспечивающую пользовательский интерфейс для взаимодействия с данными и картографическими сервисами (веб-сервер). Реализация веб-атласа осуществлена на примере акваторий Черного моря. Предполагается дальнейшее развитие атласа с охватом прибрежных акваторий всех морей России.

возобновляемые источники энергии, волновая энергия, ветровая энергия, геоинформационная система, веб-атлас, спектральная волновая модель SWAN, реанализ, Черное море, геоинформационное моделирование

1. Попель, О.С. Возобновляемая энергетика в современном мире: учебное пособие / О.С. Попель, В.Е. Фортов – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. − 450 c.

2. Горлов А.А. Научная и экспериментальная инфраструктура развития морских ВИЭ [Текст] / А.А. Горлов // Энергия: экономика, техника, экология. − 2017. − № 4. − С. 21–31.

3. Минин, В.А. Перспективы освоения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии на Кольском полуострове / В.А. Минин, Г.С. Дмитриев. – Мурманск, 2007. – С. 58–67.

4. Мысленков С.А. Сезонная и межгодовая изменчивость потока волновой энергии в Баренцевом море [Текст] /С.А. Мысленков // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 19–21. – С. 36–48.

5. Борисенко М.М. Атласы ветрового и солнечного климатов России / М.М. Борисенко, В.В. Стадник.– СПб: Изд-во ГГО им. А.И.Воейкова, 1997.

6. Атлас ветров России / А.Н.Старков [и др.] – М.: Можайск-Терра, 2000. – 551 с.

7. Николаев В.Г. Национальный кадастр ветроэнергетических ресурсов России и методические основы их определения. / В.Г. Николаев, С.В. Ганага, Ю.И. Кудряшов – М.: Атмограф», 2008. – 596 с.

8. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России / О.С. Попель [и др.] – М.: Изд-во МФТИ, 2010. – 83 c.

9. Игнатьев С.Г. Анализ современной методологии определения энергетических характеристик ветра [Текст] / С.Г. Игнатьев // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2013. – № 12. – С. 22–34.

10. Overview of European Innovation Activities in Marine Energy Technology. – Joint Research Centre Scientific and Policy Reports. – 2013. – Report EUR 26342 EN.

11. Progress in Renewable Energies Offshore: Proceedings of the 2nd International Conference on Renewable Energies Offshore (RENEW2016), Lisbon, Portugal, 24–26 October 2016.– CRC Press Book.

12. Атлас ресурсов возобновляемой энергии на территории России: научное издание / Т.И. Андреенко [и др.] – М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2015. – 160 с.

13. Arctic Renewable Energy Atlas. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.rcinet.ca/eye-onthe-arctic/2016/06/08/focus-on-green-energy-in-the-arctic. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 24.04.18).

14. Booij, N. A third generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation / N. Booij, R.C. Ris, L.H. Holthuijsen // Journal of Geophys ical Research: Oceans. – 1999. – Vol. 104. – No. C4. – P. 7649–7666.

15. Gippius, F. Wave climate of the black sea's coastal waters during the last three decades / F. Gippius [et al.] // Managing risks to coastal regions and communities in a changing world. EMECS'11 – Seacoasts XXVI. Proceedings of International Conference. St. Petersburg, 2016. – P. 395–402.

16. Myslenkov, S. Сomparing wave heights simulated in the Black Sea by the swan model with satellite data and direct wave measurements / S. Myslenkov, A. Chernyshova // Russian Journal of Earth Sciences. – 2016. – Vol. 16. – No. 5. – P. 1–12.

17. Мысленков С.А. Cистема прогноза ветрового волнения в Черном море с детализацией в шельфовых зонах [Текст/] / С.А. Мысленков, Е.В. Столярова, В.С. Архипкин // Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов. – 2017. – № 44. – С. 126–135.

18. Мысленков С.А. Прогноз ветрового волнения в Черном море с использованием прогностических полей ветра различного пространственного разрешения [Текст] / С.А. Мысленков, Е.В. Столярова // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. – 2016. – № 362. – С. 55–65.

19. 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.

20. Киселева С.В. Оценка ветроэнергетического потенциала черноморского побережья Кавказа с использованием реанализа CFSR [Текст] / С.В. Киселева [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 15–18. – С. 75–85.

21. Lee, S. Scattered Data Interpolation with Multilevel B-Splines / S. Lee, G. Wolberg, S.Y. Shin // IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. – 1997. – Vol. 3. – No. 3. – P. 228–244.

22. Котельников В. А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи [Текст] / В.А. Котельников // Успехи физических наук. – 2006. – № 7. – С. 762–770.

23. Препарата Ф. Вычислительная геометрия: Введение / Ф. Препарата, М. Шеймос – М.: Мир, 1989. – С. 295.

24. Open Geospatial Consortium (OGS). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.opengeospatial.org/standards/sld. – (Дата обращения: 22.04.18).

25. Harrower M.A., Brewer C.A. ColorBrewer.org: An Online Tool for Selecting Color Schemes for Maps / M.A. Harrower, C.A. Brewer // The Cartographic Journal. – 2003. – Vol. 40. – No. 1. – P. 27–37.

26. PostgreSQL. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.postgresql.org/. – (Дата обращения: 18.04.18.

27. Haerder, T. Principles of transaction-oriented database recovery / T. Haerder, A. Reuter //ACM Computing Surveys. – 1983. – Vol. 15. – No. 4. – P. 287; doi:10.1145/289.291.

28. GeoServer. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geoserver.org. – (Дата обращения 15.04.18).

29. OpenLayers. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://openlayers.org. – (Дата обращения: 22.04.18).

30. NaturalEarth [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.naturalearthdata.com. – (Дата обращения: 25.04.18).

31. Web-atlas of wind and wave available energy in the coastal zones of the Russian Seas [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.researchgate.net/project/Web-atlas-of-windand-wave-available-energy-in-the-coastal-zones-of-theRussian-Seas