海洋波浪能集成海事微电网的稳定性增强框架与波能转换器优化研究

本文推荐：本研究创新性地提出将波浪能转换器(WEC)阵列整合到海事微电网的系统框架，通过42年高分辨率波浪模型(SWAN)评估波能资源，结合OSWEC装置仿真与微电网设计工具包(MDT)，实证分析波能-光伏(PV)混合系统在波多黎各库莱布拉岛的适用性。研究表明，即使在低波能区域，WEC农场可减少23-28%电池储能需求及PV用地，虽增加15-33%成本，但显著提升灾后能源韧性（如飓风后维持关键供电）。

　　

Highlight

方法学

我们提出评估波浪能作为区域微电网可再生能源可行性的框架（图1），包含8项核心任务：基于42年高分辨率（近岸200米）非结构化SWAN波浪模型数据，绘制波多黎各理论波能资源图；筛选潜在WEC站点后，通过水动力仿真优化OSWEC（振荡水柱式转换器）设计，匹配当地波况；最终采用微电网设计工具包(MDT)进行技术经济评估。

波多黎各周边可用波能资源

相比美国其他海岸，波多黎各属低波能区（Ahn et al., 2020a）。42年平均全向波功率（图8a）显示：北岸（大西洋）波功率峰值14 kW/m（波高1.6米），南岸（加勒比海）不足4 kW/m（波高0.6米）——远低于美国西海岸（>40 kW/m）。

讨论

两个WEC农场并入库莱布拉微电网后，虽使总成本增加15-33%，但通过补充冬季/夜间/阴天的电力缺口，显著降低PV系统与电池需求。值得注意的是，成熟PV技术的单位投资成本（1.5千美元/kW）远低于当前WEC（8-12千美元/kW），但WEC效率提升与成本下降（如许可费减少50%）可使其LCOE（平准化度电成本）接近光伏。

结论

本研究建立的"波浪能-微电网"集成框架证明：即使低波能区，经优化的OSWEC阵列（基于RM5改进型）仍可减少23-28%电池需求与PV用地。尽管当前WEC成本较高，但其在极端天气下的能源韧性价值（如飓风后替代瘫痪的PV）与土地约束下的适应性，为海岛微电网设计提供了新思路。