Offshore wind and wave energy offer high energy density and availability. While offshore wind has matured significantly, wave energy remains costly and under development. Integrating both technologies into a hybrid system can enhance power generation, stabilize output, and reduce costs. This study explores the benefits of combining an offshore floating wind turbine with the two-body heaving point absorber wave energy converter, Reference Model 3 (RM3). Six configurations are analyzed: RM3 integrated with the National Renewable Energy Laboratory 5 MW and the International Energy Agency 15 MW wind turbines, each tested on both spar and semi-submersible platforms. The analysis examines dynamic response, mooring loads, and power production under varying environmental conditions, considering the influence of the wave energy converter float motion and an optional reaction plate. Results indicate that the reaction plate improves damping for the spar platform, enhancing wave energy absorption and power output. A comparative analysis indicates that integrating the wave energy converter reduces its levelized cost of energy by 15-83%, while leaving the wind turbine levelized cost of energy unaffected. Hybridization significantly reduces power fluctuations by 50%, reduces the levelized cost of energy with the 5 MW wind turbine, and slightly increases it with the 15 MW wind turbine. The results highlight a mutualistic relationship between the wave energy converter and the offshore wind turbine, where the former benefits substantially while the latter experiences slight improvements or negligible effects. Additional findings quantify hydrodynamic interactions, mooring performance, and economic feasibility. This research provides insights into optimizing hybrid offshore renewable systems, demonstrating their potential to lower costs and support sustainable energy solutions.


翻译:海上风能与波浪能具有高能量密度和可利用性。尽管海上风电技术已较为成熟,波浪能仍面临成本高昂且处于发展阶段的问题。将两种技术整合为混合系统可提升发电量、稳定输出并降低成本。本研究探讨了将海上漂浮式风力涡轮机与双体垂荡点吸收式波浪能转换器(参考模型3,RM3)相结合的优势。分析了六种配置方案:RM3分别与美国国家可再生能源实验室5 MW及国际能源署15 MW风力涡轮机集成,每种组合均在单柱式与半潜式平台上进行测试。研究考察了不同环境条件下的动态响应、系泊载荷及发电性能,并考虑了波浪能转换器浮体运动及可选反作用板的影响。结果表明,反作用板可增强单柱式平台的阻尼特性,从而提高波浪能捕获效率与功率输出。对比分析表明,集成波浪能转换器可使其平准化能源成本降低15-83%,而对风力涡轮机的平准化能源成本无显著影响。混合系统使功率波动降低50%,与5 MW风力涡轮机结合时可降低平准化能源成本,与15 MW风力涡轮机结合时则略有增加。研究结果揭示了波浪能转换器与海上风力涡轮机间的互利关系:前者获益显著,后者仅获轻微改善或影响可忽略。其他发现量化了水动力相互作用、系泊性能及经济可行性。本研究为优化海上可再生能源混合系统提供了见解,证明了其在降低成本和支撑可持续能源解决方案方面的潜力。

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