[論文レビュー] The Black Sea Wave Energy: The Present State and the Twentieth century Changes

Vasko Galabov|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2015

Global Energy Security and Policy参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、再分析データではなく運用型ALADIN気象モデルデータを用いてブラック海の波力エネルギーを再評価し、再分析が実際の波力エネルギーの潜在能力を低く見積もっていることを明らかにした。南部ブルガリアおよび北東トルコの海岸が最も高い波力エネルギー（4.5–5.0 kW/m²）を示しており、ERA-20C再分析風データとSWAN波浪モデルを用いた分析から、20世紀には1950年代まで波力エネルギーが増加し、1980年以降に減少する傾向が確認された。

ABSTRACT

In this paper we present a study of the present state of the Black Sea wave energy. The studies of other authors are based on the use of input data from atmospheric reanalysis or a downscaling of such reanalysis. Instead of reanalysis data, we use input data from the operational limited area numerical weather prediction model ALADIN. We showed that the estimations of the Black Sea wave energy based on reanalyses deviate significantly from the real potential. We showed also that the highest values of the mean annual wave power flux is between 4.5 and 5.0 kW/m2 and the near shore areas with the highest wave energy potential are the southernmost Bulgarian coast and the coast of Turkey north of Istanbul. While we showed that the wind data from the reanalysis are not useful for the estimation of the actual wave energy potential, we claimed that the reanalysis data is useful to study the long term changes of the wave energy of the Black Sea. We used the 10m winds from the recent ERA-20C reanalysis, which covers the period 1901-2010. We performed a 110 years hindcast with these winds using the SWAN wave model. The results for the area with the highest mean annual wave energy showed that there was an increase during the first half of the XX century followed by a small decrease and again a period with elevated wave energy during the seventies. After 1980 there is a steady decrease of the Black Sea wave energy.

研究の動機と目的

• 再分析データではなく運用型気象モデルデータを用いて、ブラック海における現在の波力エネルギーの潜在能力を再評価すること。
• 再分析データから導かれる波力エネルギー推定値が現実の状態と比べてどの程度正確であるかを評価すること。
• ERA-20C再分析風データを用いて、20世紀にわたるブラック海の波力エネルギーの長期的変化を分析すること。
• 将来の再生可能エネルギー応用を想定した地域における波力エネルギーの潜在能力が最も高い地域を特定すること。
• 絶対的波力エネルギー推定値に不正確さがあるにもかかわらず、再分析データが長期的気候傾向分析に依然として有用であるかどうかを検証すること。

提案手法

• 1901–2010年の期間をカバーするERA-20C再分析データセットの10m風場を、波浪モデルの入力として使用した。
• SWAN波浪モデルを用いて110年分の後方予測計算（hindcast）を実施し、ブラック海全域の波浪状態をシミュレートした。
• 再分析データからの波力エネルギー推定値とALADIN運用モデルデータからの推定値を比較し、バイアスを評価した。
• ブラック海全域における平均年間波力フラックスを計算し、波力エネルギー潜在能力の空間的パターンを特定した。
• 波力エネルギー潜在能力が最も高い地域における時間的傾向を分析した。
• 空間的および時間的フィルタリングを用いて、波力エネルギーの長期的変化を特定し、特に10年周期の変動に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ALADIN運用モデルデータを用いた推定と大気再分析データを用いた推定とを比較した場合、ブラック海の波力エネルギー潜在能力はどのように異なるか？
• RQ2 ブラック海のどの沿岸地域が再生可能エネルギー開発に最も適した高い波力エネルギー潜在能力を示しているか？
• RQ3 20世紀を通じてブラック海で観察される波力エネルギーの長期的傾向は何か？
• RQ4 再分析から得られる風データが、ブラック海における実際の波力エネルギー潜在能力をどの程度誤って表現しているか？
• RQ5 絶対的エネルギー推定値に不正確さがあるにもかかわらず、再分析データは長期的な波力エネルギー変動の研究に信頼性をもって使用できるか？

主な発見

• 再分析データに基づく波力エネルギー推定値は、ブラック海における真の波力エネルギー潜在能力を顕著に低く見積もっている。
• ブラック海における最高の平均年間波力フラックスは4.5～5.0 kW/m²の範囲にあり、主に南部ブルガリアの海岸およびイスタンブール北側のトルコ海岸に集中している。
• 波力エネルギー潜在能力が最も高い地域では、20世紀の前半にわたり波力エネルギーが増加した。
• 20世紀半ばにピークに達した後、1980年以降に波力エネルギー水準は着実に低下し、エネルギーフラックスの持続的減少が示された。
• 絶対的波力エネルギー推定値に不正確さがあるにもかかわらず、再分析データは波力エネルギー変動の長期的傾向分析に依然として適している。
• ALADINモデルの入力データは再分析データよりもより正確な波力エネルギー推定値を生み出したことから、再分析データが地域的再生可能エネルギー評価において限界を示していることが明らかになった。