Published April 1, 2024
| Version v1
Publication
Spatial and temporal variability of wave energy resource in eastern Pacific from Panama to the drake passage
Creators
- 1. Tallinn University of Technology
- 2. Universidad de Medellín
- 3. Technological University of Choco
- 4. Universidad Nacional de Colombia
- 5. Estonian Academy of Sciences
Description
We analyse the wave energy resource available along the Pacific coast of South America from Panama at the latitude of 8°N to the Drake Passage at 55°S. The analysis is based on wave time series over 63 years (1959–2021) from the European Union Copernicus database constructed using the WAM wave model for the entire Pacific forced by wind information by ERA5. The novel features are the analysis of temporal variations in the wave energy flux, quantification of the contribution of swells and wind-seas into the wave energy potential, establishing properties of the most energy-carrying wave conditions, and evaluation of the role of El Niño and La Niña in the wave energy potential. The annual average wave energy flux increases from about 2 kW/m just to the north of the equator on the Colombian Pacific coast to 20–50 kW/m in the central and southern mainland of Chile and up to 80 kW/m near the Drake Passage. The wave energy resource to the north of latitude 32°S is almost entirely provided by swells. To the south of 44°S wind-seas predominate among the most energetic wave conditions and the maxima of energy flux by wind-seas up to 20 times exceed the already high average energy flux. The temporal variation in the wave energy flux follows the same pattern. It is fairly small at lower latitudes and increases rapidly from the forties. The magnitude of seasonal variation in terms of monthly mean wave energy flux is commonly from −47% to +32% from the long-term mean. The calmest time that contains 1% of the total annual energy flux is 10–20 days, about 10% of energy is contained in 100 calmest days while 50% of the annual energy flux arrives during 100 days with strongest waves in the entire study area. The typical height of waves that provide the largest contribution to wave energy is about 1–1.5 m in the very north, around 1 m near the equator, gradually increases to the South and reaches 3.5–4 m on the shores of southern Chile. The associated wave periods are about 10 s in the entire study area. The wave energy flux has been almost constant over the 63 years near the equator but has increased at a rate up to 0.4 kW/m per year in the nearshore of Chile. For the evaluated time scales in coastal areas of South America the interchange of El Niño and La Niña does not have detectable impact on the wave energy resource.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نقوم بتحليل موارد طاقة الأمواج المتاحة على طول ساحل المحيط الهادئ لأمريكا الجنوبية من بنما عند خط عرض 8درجاتشمالًا إلى ممر دريك عند 55درجةجنوبًا. يعتمد التحليل على السلسلة الزمنية للموجة على مدار 63 عامًا (1959-2021) من قاعدة بيانات كوبرنيكوس للاتحاد الأوروبي التي تم إنشاؤها باستخدام نموذج موجة WAM لكامل المحيط الهادئ الذي تفرضه معلومات الرياح بواسطة ERA5. تتمثل الميزات الجديدة في تحليل الاختلافات الزمنية في تدفق طاقة الأمواج، والقياس الكمي لمساهمة الأمواج وبحار الرياح في إمكانات طاقة الأمواج، وتحديد خصائص ظروف الأمواج الأكثر حملًا للطاقة، وتقييم دور النينيو والنينيا في إمكانات طاقة الأمواج. يزداد متوسط تدفق طاقة الأمواج السنوي من حوالي 2 كيلو واط/متر إلى الشمال من خط الاستواء على ساحل المحيط الهادئ الكولومبي إلى 20–50 كيلو واط/متر في البر الرئيسي الأوسط والجنوبي لتشيلي وما يصل إلى 80 كيلو واط/متر بالقرب من ممر دريك. يتم توفير مصدر طاقة الأمواج إلى الشمال من خط العرض 32درجةجنوبًا بالكامل تقريبًا بواسطة الأمواج. إلى الجنوب من 44درجةجنوبًا، تسود الرياح البحرية بين أكثر ظروف الأمواج نشاطًا، ويتجاوز الحد الأقصى لتدفق الطاقة بواسطة الرياح البحرية 20 ضعفًا متوسط تدفق الطاقة المرتفع بالفعل. يتبع التباين الزمني في تدفق طاقة الموجة نفس النمط. وهي صغيرة إلى حد ما عند خطوط العرض المنخفضة وتزداد بسرعة من الأربعينيات. عادة ما يتراوح حجم التباين الموسمي من حيث متوسط تدفق طاقة الموجة الشهرية من -47٪ إلى +32 ٪ من المتوسط طويل الأجل. الوقت الأكثر هدوءًا الذي يحتوي على 1 ٪ من إجمالي تدفق الطاقة السنوي هو 10–20 يومًا، يتم احتواء حوالي 10 ٪ من الطاقة في 100 يوم الأكثر هدوءًا بينما يصل 50 ٪ من تدفق الطاقة السنوي خلال 100 يوم مع أقوى الأمواج في منطقة الدراسة بأكملها. يبلغ الارتفاع النموذجي للأمواج التي توفر أكبر مساهمة في طاقة الأمواج حوالي 1–1.5 متر في الشمال، وحوالي 1 متر بالقرب من خط الاستواء، ويزداد تدريجياً إلى الجنوب ويصل إلى 3.5–4 متر على شواطئ جنوب تشيلي. تبلغ فترات الموجة المرتبطة حوالي 10 ثوانٍ في منطقة الدراسة بأكملها. كان تدفق طاقة الأمواج ثابتًا تقريبًا على مدار 63 عامًا بالقرب من خط الاستواء ولكنه زاد بمعدل يصل إلى 0.4 كيلو واط/متر سنويًا في المناطق القريبة من ساحل تشيلي. بالنسبة للجداول الزمنية التي تم تقييمها في المناطق الساحلية في أمريكا الجنوبية، فإن تقاطع النينيو والنينيا ليس له تأثير يمكن اكتشافه على مورد طاقة الأمواج.Translated Description (French)
Nous analysons la ressource en énergie houlomotrice disponible le long de la côte Pacifique de l'Amérique du Sud depuis le Panama à la latitude de 8°N jusqu'au passage de Drake à 55°S. L'analyse est basée sur des séries temporelles de vagues sur 63 ans (1959-2021) de la base de données Copernicus de l'Union européenne construite à l'aide du modèle de vagues WAM pour l'ensemble du Pacifique forcé par les informations sur le vent par ERA5. Les nouvelles caractéristiques sont l'analyse des variations temporelles du flux d'énergie des vagues, la quantification de la contribution des houles et des mers de vent au potentiel d'énergie des vagues, l'établissement des propriétés des conditions de vagues les plus porteuses d'énergie et l'évaluation du rôle d'El Niño et de La Niña dans le potentiel d'énergie des vagues. Le flux annuel moyen d'énergie des vagues passe d'environ 2 kW/m juste au nord de l'équateur sur la côte pacifique colombienne à 20–50 kW/m dans le centre et le sud du Chili et jusqu'à 80 kW/m près du passage de Drake. La ressource en énergie houlomotrice au nord de la latitude 32°S est presque entièrement fournie par la houle. Au sud de 44°S, les mers éoliennes prédominent parmi les conditions de vagues les plus énergétiques et les maxima du flux d'énergie par les mers éoliennes jusqu'à 20 fois dépassent le flux d'énergie moyen déjà élevé. La variation temporelle du flux d'énergie des vagues suit le même schéma. Il est assez petit aux basses latitudes et augmente rapidement à partir de la quarantaine. L'ampleur de la variation saisonnière en termes de flux énergétique moyen mensuel des vagues est généralement comprise entre −47 % et +32 % par rapport à la moyenne à long terme. Le temps le plus calme qui contient 1 % du flux énergétique annuel total est de 10 à 20 jours, environ 10 % de l'énergie est contenue dans 100 jours les plus calmes tandis que 50 % du flux énergétique annuel arrive pendant 100 jours avec les vagues les plus fortes dans toute la zone d'étude. La hauteur typique des vagues qui fournissent la plus grande contribution à l'énergie des vagues est d'environ 1-1,5 m tout au nord, environ 1 m près de l'équateur, augmente progressivement vers le sud et atteint 3,5-4 m sur les rives du sud du Chili. Les périodes de vagues associées sont d'environ 10 s dans toute la zone d'étude. Le flux d'énergie des vagues a été presque constant au cours des 63 années près de l'équateur, mais a augmenté à un rythme allant jusqu'à 0,4 kW/m par an dans le littoral chilien. Pour les échelles de temps évaluées dans les zones côtières d'Amérique du Sud, l'échange d'El Niño et de La Niña n'a pas d'impact détectable sur la ressource en énergie houlomotrice.Translated Description (Spanish)
Analizamos el recurso de energía undimotriz disponible a lo largo de la costa del Pacífico de América del Sur desde Panamá a la latitud de 8°N hasta el Paso Drake a 55°S. El análisis se basa en series temporales de olas durante 63 años (1959-2021) de la base de datos Copernicus de la Unión Europea construida utilizando el modelo de olas WAM para todo el Pacífico forzado por la información eólica de ERA5. Las características novedosas son el análisis de las variaciones temporales en el flujo de energía de las olas, la cuantificación de la contribución de los oleajes y los vientos marinos al potencial de energía de las olas, el establecimiento de las propiedades de las condiciones de las olas que más energía transportan y la evaluación del papel de El Niño y La Niña en el potencial de energía de las olas. El flujo promedio anual de energía de las olas aumenta de aproximadamente 2 kW/m justo al norte del ecuador en la costa del Pacífico colombiano a 20–50 kW/m en el centro y sur de Chile y hasta 80 kW/m cerca del Paso Drake. El recurso de energía de las olas al norte de la latitud 32°S es proporcionado casi en su totalidad por las olas. Al sur de los 44°S, los vientos y mares predominan entre las condiciones de olas más energéticas y los máximos de flujo de energía por los vientos y mares hasta 20 veces superan el flujo de energía promedio ya alto. La variación temporal en el flujo de energía de las olas sigue el mismo patrón. Es bastante pequeño en latitudes más bajas y aumenta rápidamente a partir de los años cuarenta. La magnitud de la variación estacional en términos de flujo medio mensual de energía de las olas es comúnmente de -47% a +32% de la media a largo plazo. El tiempo más tranquilo que contiene el 1% del flujo de energía anual total es de 10–20 días, alrededor del 10% de la energía está contenida en los 100 días más tranquilos, mientras que el 50% del flujo de energía anual llega durante 100 días con olas más fuertes en toda el área de estudio. La altura típica de las olas que proporcionan la mayor contribución a la energía de las olas es de aproximadamente 1–1.5 m en el extremo norte, alrededor de 1 m cerca del ecuador, aumenta gradualmente hacia el sur y alcanza 3.5–4 m en las costas del sur de Chile. Los periodos de onda asociados son de unos 10 s en toda el área de estudio. El flujo de energía de las olas ha sido casi constante durante los 63 años cerca del ecuador, pero ha aumentado a una tasa de hasta 0.4 kW/m por año en la costa cercana de Chile. Para las escalas de tiempo evaluadas en las zonas costeras de América del Sur, el intercambio de El Niño y La Niña no tiene un impacto detectable en el recurso energético de las olas.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التباين المكاني والزماني لموارد طاقة الأمواج في شرق المحيط الهادئ من بنما إلى ممر درايك
- Translated title (French)
- Variabilité spatiale et temporelle de la ressource en énergie houlomotrice dans le Pacifique Est, du Panama au passage du drake
- Translated title (Spanish)
- Variabilidad espacial y temporal del recurso de energía de las olas en el Pacífico oriental desde Panamá hasta el paso de Drake
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4392115743
- DOI
- 10.1016/j.renene.2024.120180
References
- https://openalex.org/W1485446944
- https://openalex.org/W1525646248
- https://openalex.org/W1887859936
- https://openalex.org/W1965439133
- https://openalex.org/W1973534023
- https://openalex.org/W1981434065
- https://openalex.org/W2007400667
- https://openalex.org/W2018408660
- https://openalex.org/W2035894323
- https://openalex.org/W2037813554
- https://openalex.org/W2051160382
- https://openalex.org/W2068651415
- https://openalex.org/W2103765712
- https://openalex.org/W2126391419
- https://openalex.org/W2184470606
- https://openalex.org/W2191623191
- https://openalex.org/W2229387593
- https://openalex.org/W2290328535
- https://openalex.org/W2292847304
- https://openalex.org/W2338595067
- https://openalex.org/W246364188
- https://openalex.org/W2517074570
- https://openalex.org/W2523213185
- https://openalex.org/W2562054791
- https://openalex.org/W2592029222
- https://openalex.org/W2594188035
- https://openalex.org/W2599591814
- https://openalex.org/W2611473946
- https://openalex.org/W2704047155
- https://openalex.org/W2755458166
- https://openalex.org/W2755824317
- https://openalex.org/W27619749
- https://openalex.org/W2768926371
- https://openalex.org/W2794899325
- https://openalex.org/W2884630666
- https://openalex.org/W2934521066
- https://openalex.org/W2936436033
- https://openalex.org/W2963846255
- https://openalex.org/W2965692829
- https://openalex.org/W2966991159
- https://openalex.org/W2968640617
- https://openalex.org/W2969925897
- https://openalex.org/W3009667369
- https://openalex.org/W3011101022
- https://openalex.org/W3021749052
- https://openalex.org/W3025949386
- https://openalex.org/W3032955066
- https://openalex.org/W3087027850
- https://openalex.org/W3088884895
- https://openalex.org/W3117919978
- https://openalex.org/W3119109536
- https://openalex.org/W3119228151
- https://openalex.org/W3120202281
- https://openalex.org/W3176778724
- https://openalex.org/W3192082524
- https://openalex.org/W3192776999
- https://openalex.org/W3198982932
- https://openalex.org/W3209641574
- https://openalex.org/W4200119928
- https://openalex.org/W4213323169
- https://openalex.org/W4224920438
- https://openalex.org/W4225754857
- https://openalex.org/W4225873335
- https://openalex.org/W4226075997
- https://openalex.org/W4281609118
- https://openalex.org/W4281905972
- https://openalex.org/W4282974520
- https://openalex.org/W4283579698
- https://openalex.org/W4288913797
- https://openalex.org/W4292543738
- https://openalex.org/W4293463065
- https://openalex.org/W4295763034
- https://openalex.org/W4311554394
- https://openalex.org/W4312061497
- https://openalex.org/W4312083437
- https://openalex.org/W4312172664
- https://openalex.org/W4313908263
- https://openalex.org/W4316672555
- https://openalex.org/W4372203322
- https://openalex.org/W4380793129
- https://openalex.org/W4386031697