0 引言
“十二五”时期以来，我国将海洋强国作为国家的核心战略。要实现海洋强国，必须做到先认识海洋、了解海洋，才能发展海洋。波浪作为海洋最基本的特征，常被人们关注。进入“十四五”时期后，“碳达峰、碳中和”又作为国家节能减排的重要目标。波浪能作为海洋可再生能源中的绿色低碳能源，具有全天候、能量密度高、分布广泛、无二氧化碳排放、利用便捷等特点，成为世界海洋大国开发的重点和焦点[1]。利用波浪能发电或提供其他类型的能源动力，有助于解决我国乃至世界各国在海洋开发过程中面临的能源匮乏问题。开发和利用波浪能资源，特别是深远海中的波浪能资源，对于保护我国海洋领土的完整性，提高海上军民的生活质量，开发深远海海洋经济和资源都具有极大的战略价值。
本文探讨了波浪能资源评估的应用场景，分析了波浪能资源评估的技术进展，总结了国内外波浪能资源评估的现状，并展望了未来波浪能资源评估的焦点，以期为开发海洋、发展海洋提供参考和指导，助力我国海洋建设。
1 评估结果的应用场景
波浪能资源评估所获得的结果是以开发利用波浪能为目标，目前开发了以下应用场景[6]。
（1）规划选址
对研究海域的波浪能资源的数量、质量、分布和开发利用状况等进行的调查和评估以及对各建设地点及其经济性进行初步比较。规划选址资源评估适用于大范围海域的资源评估，通常为某区域内的第一次资源评估。
为规划选址开展的波浪能资源评估主要为海上风电场、海上波浪能试验场、海上平台、海上锚地、电缆铺设等海上工程的建设选取合适的初步场址。该类型的波浪能资源评估在拟选址区域进行大范围的波浪能资源勘察、模拟、统计、分析。
（2）可行性研究
针对拟建工程需求，开展选定海域，作进一步调查、勘测、分析、比较，研究技术可行性、经济合理性以及建设必要性。可行性研究资源评估适用于上述工程开始立项之前，为工程具体实施提供依据，评估海上工程的风险等级，制订灾害的预防措施，提高工程的安全性和经济性。
（3）设计开发
根据工程总装机规模，通过确定实施工程海域的波浪能资源数据，制订详细的工程设计方案。设计开发资源评估适用于小范围海域，通常为某一具体项目最终、最详细的资源评估，波浪能资源评估的内容也将细化到对工程设计参数有影响的具体参数，如波浪能发电装置的结构设计、锚泊布置，海上浮标的传感器配置，海上平台设计、施工方法以及投资优化等。
2 评估的方法
纵观波浪能资源评估的发展，研究人员基于评估结果的应用场景需求，采取了多种模式的技术方法。郑崇伟[2]通过总结国内外研究情况，依据获取的波浪能资源数据资料的方式，将波浪能资源评估划分为观测资料阶段、卫星资料阶段、数值模拟阶段、再分析资料阶段。本文在此基础上总结了波浪能资源评估方法的发展进程，对各阶段进行分析。
（1）现场观测
该评估方式早期主要是通过船舶进行实地观测波浪特征参数，后期发展成为依靠固定浮标采集锚泊地的波浪资料。利用这些观测资料，研究者们计算波浪能资源的分布特征，主要是计算能流密度大小。但是由于船舶和浮标的数量和投放海域受限，获得的波浪资料具有局限性，在某些没有观测资料的海域无法开展波浪能评估，也难以实现大范围海域的波浪能资源评估。因此，该方式无法实现连续性的宏观波浪能资源评估。
（2）卫星观测
该评估方式主要随着卫星遥感技术发展而形成。大量的卫星资料应用于波浪能研究，促进波浪能资源观测及评估得到快速发展，掌握了全球近岸的波浪能分布情况。但是卫星资料在时间同步性方面的不足导致部分重要的资料数据存在遗漏的风险，从而影响波浪能资源评估结果的准确性。同时，卫星资料的时间序列比其他方法短，不能很好地展现波浪能的长期变化趋势，在波浪能资源评估应用中存在显著的局限性。
（3）数值模拟
该评估方式建立在计算机技术飞速发展的基础上。近年来，行业内出现了众多基于高速计算能力的波浪数值模拟方法，其中很多被应用于波浪能评估。波浪的数值模拟促进波浪能资源评估趋向低成本、快速化、精细化，也打破了评估的区域限制，实现了无观测资料海域的波浪能资源评估。但是，由于受到计算机技术以及地形资料等诸多因素的影响，数值模拟在某些地形信息匮乏的海域，仍然需要其他传统的方式进行补充完善。
（4）再分析资料
该评估方式综合利用现场观测、卫星观测、数值模拟三种方式中的两种或三种，充分发挥各自优势，对目标海域进行综合的整体性分析。再分析资料可实现资料的相互补充，也为结果提供一个相互校验的过程，该方式提高了评估结果的准确性和完整性。同时，多种资料的综合应用也为研究者们提供了更多的参考信息，可获得目标海域更全面的评估结果。但是该方式所需的资料种类较多，对实际资料收集提出了更高的要求。
3 评估的现状
世界各国对本国海域的波浪能资源进行了勘察评估，并获得了一些阶段性成果。
（1）中国
虽然大多数学者认为我国波浪能资源评估研究工作起步较晚，但是我国基于海洋能源方面的现场观测工作开展较早[7]。1958年，我国开展第一次“全国海洋综合普查”，通过这次普查，首次较完整地获取了中国近海波浪方面的观测数据。同时，还初步摸清了黄海西侧海域水文环境要素的时空分布和变化特征。此后，1960年及1980年在全国范围内开展了2次资源调查，初步摸清了中国近海海洋波浪能资源状况。2003年，开展了综合性全国海洋大调查，专门开展了中国近海海洋可再生能源的调查，波浪能是其中的一个调查对象；此外，使用第三代海浪数值模式SWAN模拟了中国海的海浪场，对我国近海波浪能资源蕴藏量和技术可开发量进行了评估，研究了中国近海波功率密度的分布等。2010年起，在国家海洋局设立的海洋可再生能源专项推动下，研究者对我国渤海、黄海、南海的波浪能资源均进行了调查评估，获取了波浪能资源分布情况，并对我国海域选划出了具有波浪能开发前景的重点开发利用区。
我国研究者对波浪能资源评估做出了重大的贡献。1989年，海浪专家文圣常院士提出了一种混合型海浪数值预报模式[8]；姜波等制定了我国首个波浪能资源评估标准[9]；郑崇伟等[10]在数值模拟和再分析资料方面开展了一系列研究工作，率先定量计算了全球海域单位面积的波浪能资源总储量、有效储量、技术开发量。郑崇伟等[11-12]在国内首次建立了一套海洋新能源的等级区划和选址方法，解决了美国版资源区划方案面临的六大瓶颈，为资源开发的选址设计提供了可靠依据。武贺等[13]、郑崇伟等[14]、彭伟等[15]对我国南海海域的波浪能资源进行评估。根据我国研究人员开展的波浪能资源评估的工作进行了统计分析，具体情况见表1[2,16]。
| 评估海域 | 单位 | 评估方式 |
|---|---|---|
| 中国近海 | 中国海洋大学 | 再分析资料 |
| 中国近海 | 国家海洋技术中心 | 数值模拟 |
| 中国沿岸 | 国家海洋局第二海洋研究所 | 现场观测 |
| 山东海域 | 天津大学 | 现场观测、数值模拟 |
| 山东周边海域 | 国家海洋信息中心 | 数值模拟 |
| 山东半岛 | 中国海洋大学 | 数值模拟 |
| 浙江省海域 | 浙江工业大学 | 数值模拟 |
| 福建宁德沿海 | 国家海洋局第一海洋研究所 | 现场观测 |
| 福建沿海海域 | 国家海洋局第三海洋研究所 | 数值模拟 |
| 南海岛礁海域 | 海洋技术中心 | 现场观测、数值模拟 |
| 南海海域 | 天津大学 | 现场观测、数值模拟 |
| 南海担杆岛 | 中国海洋大学 | 数值模拟 |
（2）国外
北纬40° ~ 60° 西风带造浪强劲，美国、加拿大、欧洲大部分国家、日本凭借曲折海岸与深水近岸，占领全球波浪能开发先机，在技术、政策、资本等环节领跑[17]。
1965年，美国开始对全球波浪能资源进行评估，这是目前资料记载的最早对全球波浪能资源进行评估的研究。2004年，美国电力研究协会将本国划分为四个波浪能勘查和评估的区域，包含夏威夷、阿拉斯加、太平洋沿岸、大西洋和墨西哥湾沿岸[18]，这四个区域评估结果显示，评估区域波浪能总储量约相当于整个美国2003年水利发电总量的10%。
欧洲各国中，英国的波浪能勘查与开发研究处于世界领先地位，从20世纪70年代开始制定了一系列支持发展可再生能源的优惠政策。THORPE[19]利用波浪能资源的观测资料，分析了英国周边海域的波浪能流密度分布特征。FOLLEY等[20]、IGLESIAS等[21]基于第三代海浪模式MIKE21 NSW和SWAN计算并分析了英国苏格兰近岸和西班牙近岸的波浪能资源分布变化；REEVE等[22]利用基于联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）定义的特定场景的气候模拟成果，分析了1961—2000年、2061—2100年英国康沃尔近海的波浪能资源。2002年，欧洲可再生能源中心利用收集到的全球海浪观测资料，绘制了全球海域波浪能流密度分布图[23]，如图1所示。PONTES等[24-25]通过浮标采集的资料，基于WAM模型得到欧洲近岸的波浪能资源分布和季节变化情况，并绘制图集。
4 应用现状及建议
现阶段，波浪能资源评估作为对海域信息的一种衡量，主要应用于波浪能开发及利用、防灾减灾、岛礁安全保障。近年来，随着“双碳”目标的提出，对开发利用波浪能的呼声越来越高。波浪能资源评估主要应用于波浪能发电装置前期的开发决策、整体设计以及后期的性能评估。
根据文献资料分析，对波浪能发电利用方面的波浪能资源评估发展比较缓慢，技术成熟度也较低，并且已经不适合现阶段的波浪能利用的发展节奏。针对这一问题，提出以下几点建议：
（1）目前波浪能发电系统绝大多数的数据资料源于现场观测，但是观测资料在时间和空间上的局限性影响了目标海域对计划发展波浪能发电系统的评估。因此，针对目标海域的资源评估方式要多样化，互为补充，互相验证。
（2）波浪能发电系统评估所需的有效波浪能资源数据不等同于波浪能评估数据。波浪能资源评估的数据所涵盖的区域如前文所述，而用于波浪能发电系统评估的数据区域范围仅指发电系统所占用海域内用于发电的波浪能。在严格意义上，后者数值要小于前者。
（3）波浪能发电系统运动与波浪运动之间存在耦合关系，造成反射波、入射波、辐射波等相互叠加，给波浪能资源测试造成了一定的困难，也给波浪能发电系统的评估带来了一定的误差。因此，需要发展一种新的波浪能资源评估方法，将波浪能资源评估和波浪能发电系统运动融为一体，专用于波浪能发电系统的性能评估。
5 总结
随着波浪能资源评估在海洋工程中的应用增多，其重要性日渐凸显，逐渐形成了现场观测、卫星观测、数值模拟、再分析资料四种评估方法，同时出现了一种或多种评估方法的混合应用，进一步提高了评估结果的可靠性、准确度。本文着重分析了波浪资源评估应用于波浪能发电装置研发，提出了评估研究的不足，对波浪能资源评估方式方法及范围方面均提出了不同的要求。期望有助于促进波浪能资源评估技术更加成熟、完备。