Karadeniz'de dalga gücü potensiyeli yüksek alanların dalga enerji içeriğinin uzun dönemli zamansal ve alansal analizi

Abstract

Bu çalışmada, Karadeniz'in güney-batı kıyıları boyunca dalga enerjisi potansiyelinin ve değişkenliğinin alansal ve zamansal analizinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Bunun için, CFSR rüzgârları ile çalıştırılan artan alansal çözünürlüklü (kaba sayısal ağ, ince sayısal ağ ve üç alt sayısal ağ) iç içe geçmiş katmanlı kalibre edilmiş bir SWAN modeli ile ilgi alanları için 31 yıl boyunca uzun vadeli biriktirilmiş dalga parametreleri (Hm0 ve Tm-10) kullanılmıştır. Bu uzun dönemli rüzgar/dalga veri tabanı kullanılarak, Karadeniz'in güney-batı kıyısı boyunca dalga enerjisi potansiyeli öncelikle hesaplanmıştır. Daha sonra, dalga enerji potansiyeli ve değişkenliği alansal ve noktasal çıktılar baz alınarak irdelenmiştir. Alansal çıktılar kullanılarak alt sayısal ağ alanlarının her biri için yıllık, mevsimsel ve aylık ortalama dalga gücünün ve bunların değişim katsayılarının, dalga gücü aylık ve mevsimsel değişkenlik indekslerinin ve toplam / elde edilebilir dalga gücü potansiyellerinin alansal dağım haritaları üretilmiştir. Noktasal (istasyon bazlı) çıktılar kullanılarak her bir alt sayısal ağ alanında seçilmiş bütün istasyonlar için dalga gücünün yıllık, mevsimsel ve aylık ortalama değişimleri, yıllık maksimum ve ortalama dalga gücünün eğilimleri (trend), dalga gücü gülleri, dalga gücü aşılma olasılık eğrileri, farklı dalga yüksekliği ve yön aralıkları için ortalama dalga enerjisinin değişimleri ve farklı dalga yükseklik ve periyodu aralıklarında ortalama dalga enerjisinin değişimleri belirlenmiştir. Sonuçta, ortalama dalga gücünün yüksek olduğu bölgelerde (Karaburun SD3 alt sayısal ağ alanı), dalga gücünün yüksek bir değişim katsayısına sahip olduğu belirlenmiştir. Daha düşük dalga gücüne sahip bölgelerin ise (Filyos SD2 alt sayısal ağ alanı), daha düşük bir değişim katsayısı sunduğu tespit edilmiştir. Karadeniz'in güney batı kesimindeki yıllık ortalama dalga enerjisinin 0,2 – 1,5 m'lik belirgin bir dalga yüksekliği aralığında yoğunlaştığı ve dalga enerjisi periyodu açısından, Karaburun SD3'te 2 - 5 s, Filyos SD2'de 3 - 7 s ve Sinop SD1 alt sayısal ağ alanında 2.5 - 6.5 sn aralığında yoğunlaşmanın olduğu belirlenmiştir. Bu durumda, mevcut dalga enerji dönüştürücülerinin Filyos sayısal ağ alanında daha verimli olabileceği öngörülmektedir. Karaburun sayısal ağının en batısında toplam potansiyelin 40 MWh/m/yıl olduğu doğuya doğru azaldığı ve 30 MWh/m/yıl değerine sahip olduğu, Filyos ve Sinop sayısal ağlarında da bu değerin veya biraz daha düşük bir değerin gözlendiği belirlenmiştir. Karaburun ölçüm istasyonunun biraz açıklarına doğru 25 MWh/m/yıl'lık bir elde edilebilir potansiyelin olduğu, Filyos ve Sinop sayısal ağlarında bütün kıyı boyunca 20 MWh/m/yıl'dan daha düşük bir elde edilebilir dalga enerji potansiyelinin mevcut olduğu tespit edilmiştir.

This study aims to conduct a spatial and temporal analysis of wave energy potential and variability along the south-west coast of the Black Sea. To do this, 31-year long-term wave information (Hm0 and Tm- 10) generated with a calibrated nested SWAN model with increasing spatial resolution (a coarse grid, fine grid, and three sub-grids) are used. Using this long-term wind/wave database, wave energy potential along the south-west coast of the Black Sea is firstly quantified. Secondly, wave energy potential and its variability are examined based on spatial and location-based outputs. Using spatial outputs, spatial distribution of the annual, seasonal and monthly mean wave power, annual, seasonal and monthly variation coefficients of wave power, monthly and seasonal variability indices of wave power, and total and exploitable wave energy potential (reserve) for each of the sub-grids are analyzed in detail. Using location-based (stations) outputs, annual, seasonal and monthly average changes of wave power, trends of annual maximum and average wave power, wave power roses, wave power probability curves of exceedance, yearly mean wave energy for different wave heights and direction intervals, and at different wave heights and periods intervals for all selected stations in each sub-grid area are identified and examined. In conclusion, in areas where the average wave power is high (Karaburun SD3 sub-grid area), it has been determined that the wave power has a high coefficient of variation. Regions with lower wave power (Filyos SD2 sub-grid area) have been found to have lower coefficient of variation. Annual average wave energy in the southwestern part of the Black Sea is concentrated in a significant wave height range of 0.2 to 1.5 m. Based on wave period, 2 to 5 sec in Karaburun SD 3, 3 to 7 sec in Filyos SD 2 and Sinop SD1 2.5 to 6.5 sec. In this case, it is predicted that existing wave energy converters may be more efficient in the Filyos grid area. It has been also determined that the total potential is 40 MWh/m/year at the westernmost part of the Karaburun sub-grid and decreases to the east to a value of 30 MWh/m/year. These values or a slightly lower values are observed in Filyos and Sinop sub-grids. Karaburun station has an exploitable potential of 25 MWh/m/year towards the offshore while there is an exploitable wave energy potential of less than 20 MWh/m/year along the entire coast of Filyos and Sinop sub-grids.