黑海区域波浪能与海上风电混合发电系统的创新综合模型与未来策略研究

本研究针对波浪能开发面临的技术、经济和政策壁垒，提出了一种集成海上风电的混合波浪能发电系统(HWOWF)综合模型。通过多标准稳定性指数(M-CSI)选址、资源评估、技术匹配和运行模拟，在土耳其黑海区域验证了模型可行性，设计出年发电12,193.506 MWh的4 MW混合电站，LCoE为168.51-277.795 EUR/MWh，相比化石能源可减少69万美元碳排放成本，为海洋可再生能源开发提供系统性解决方案。

　　

随着全球气候危机加剧，能源转型迫在眉睫。海洋中蕴藏的波浪能潜力巨大，全球年理论储量达29,500 TWh，但开发进程缓慢，主要受制于技术不成熟、基础设施不足、投资风险高等多重壁垒。土耳其作为三面环海的国家，拥有8,333公里海岸线，却尚未有效开发其海洋能源潜力。Ozan AKDA??团队在《Journal of Ocean Engineering and Science》发表的研究，创新性地提出将波浪能与成熟的海上风电技术结合，构建混合波浪能-海上风电场(HWOWF)，以突破行业发展瓶颈。

研究采用四阶段系统性方法：首先建立包含风能潜力、海深等7项指标的消除标准，开发多标准稳定性指数(M-CSI)从土耳其黑海沿岸16个省份中筛选最优场址；随后基于气象数据评估资源潜力；接着根据海洋环境特征匹配振荡水柱、点吸收器等5类波浪能转换器(WEC)技术；最终完成4 MW混合电站的 techno-economic 分析。研究选择Kumk?y作为示范点，测得该区域波浪能密度0.75-4.6875 kW/m，风速7.15 m/s，采用1 MW KNSwing振荡水柱装置与3 MW Vestas风机组合，年发电量达12,193.506 MWh。

关键技术包括：(1) 基于WAsP软件的风资源评估和IDW空间插值法处理波浪数据；(2) 建立包含资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)的LCoE三版本计算模型；(3) 采用土耳其气象局20年海洋观测数据和Navionics海图进行地理信息分析；(4) 通过社会碳成本(SCC)量化环境外部性效益。

研究结果显示：(1) 选址阶段通过军事禁区、航道等6项排除标准筛选出7个候选点，M-CSI评分中Kumk?y以16.5分胜出；(2) 技术匹配确定采用抗腐蚀的C45/55混凝土结构KNSwing装置，其150米长度含40台25 kW空气涡轮机组；(3) 经济分析显示初始投资1,670万欧元，三版本LCoE分别为168.51、231.58和277.80 EUR/MWh，若CAPEX降低30%可降至178.42 EUR/MWh；(4) 环境效益显著，相比天然气和燃煤电厂分别减少41.8万和70万美元碳社会成本。

讨论部分指出，该模型通过四大创新点推动行业发展：(1) 首次将海上风电基础设施共享理念引入波浪能开发；(2) M-CSI指数实现多维度场址优化；(3) 技术选择流程图解决WEC技术路线混乱问题；(4) 包含性能衰减和通胀因素的LCoE版本iii提高经济评估可靠性。预测到205年技术改进可使LCoE降至100-115 EUR/MWh，与土耳其现行风电成本相当。这项研究不仅为土耳其首例HWOWF提供实施方案，其方法论对全球30个沿海国家的海洋能开发具有普适指导意义，特别是在解决间歇性可再生能源并网难题方面贡献突出。