引言
全球向低碳能源系统的战略转型确立了海洋可再生能源（ORE）作为实现能源安全和碳中和目标的关键途径[1,2]。凭借其巨大潜力，ORE对未来可持续能源框架至关重要[3,4]。随着易获取的近岸资源趋于开发饱和[5,6]，ORE开发的前沿正向深水扩展，水深超过60米[7,8]。这一转变给平台设计和建造带来了重大的技术和经济挑战。特别是，高昂的资本投资和运营成本仍然是海上能源开发大规模商业化的主要障碍。
为应对这些经济和空间限制，海洋空间利用正从单一用途设施向多功能、集约化利用系统转变。多用途平台（MUP）[[9], [10], [11], [12], [13]]在一个浮动结构上并置了海上风力涡轮机、波浪能转换器（WECs）和水产养殖等功能，引起了越来越多的关注。这种一体化方法通过共享基础设施（包括浮动基础、系泊系统和并网连接）来提高海洋空间利用率和经济可行性[11,14]。此外，组件之间的协同作用可以提高系统的整体性能。因此，MUPs被认为是以较小的环境足迹和较低的成本可持续开发深水资源的有前景的解决方案。
海上风力发电目前被认为是最成熟的ORE技术之一[15]，已提出并实施了众多浮动风力涡轮机概念[[16], [17], [18], [19], [20]]。同时，全球对水产养殖产品的需求正在迅速增长，未来几十年预计还将进一步扩展[[21], [22], [23]]。因此，理论研究[[24], [25], [26]]和实验研究[[27], [28], [29], [30], [31], [32], [33]]提出了大量将风力涡轮机与水产养殖网箱相结合的概念。这些一体化结构大致可分为固定式和浮动式。固定底设计[25,[34], [35], [36], [37]]（通常将网箱连接到涡轮机基础上）是一种风险较低的选项，适用于较浅水域。然而，随着产业向更远的海上发展，浮动平台提供了更大的可扩展性。尽管提出了各种浮动集成方案[31,33,[38], [39], [40]]，但加入大型网箱引入了复杂的水动力耦合效应和运营风险。因此，需要有效的运动抑制策略来减轻这些MUPs上的额外动态载荷。
尽管WEC技术不如海上风力涡轮机成熟[41]，但波浪能可以补充风力发电，特别是在以涌浪为主的波浪条件下，此时无论当地风力如何，波浪都可能持续存在[42]。在各种WEC概念中，振荡水柱（OWC）装置因其相对简单的结构和适合与浮动平台集成而引起了越来越多的关注[43]。近期研究进一步表明，OWC可以表现出强烈的非线性载荷特性和增强的能量捕获潜力[44,45]。然而，将风力涡轮机、WEC和水产养殖集成在单一平台上带来了重大的水动力和技术挑战。这些子系统之间复杂的流固相互作用引发了难以预测的高度非线性动态响应。
现有的MUP研究主要集中在双功能集成上，而完全集成的风电-波浪-水产养殖系统研究仍然有限。表1总结了该领域的代表性研究。这些研究展示了多功能海上平台的可行性和潜在益处，但风力涡轮机载荷、水产养殖网箱和WEC模块对平台运动和系泊载荷的耦合效应仍未被完全理解。
例如，Blue Growth Farm项目提出了一个集成了网箱、10 MW风力涡轮机和U-OWC阵列的大型MUP。进行了1:40和1:15比例的模型试验以评估平台的动态特性，确认了其在真实海况下的技术可行性和复杂的耦合动态行为[46,47,49]。Zhu等人[50]调查了水产养殖场作为基于自然的防波堤在海岸保护中的双重作用。Yue等人[48]使用势流理论、多体约束动力学和准静态有限元分析的组合研究了与WECs集成的澎湖半潜式水产养殖平台。他们验证了WECs对水产养殖平台的遮蔽效应。Yi等人[28]对半潜式风电-波浪-水产养殖（WWA）系统进行了实验研究，并观察到点吸收式WECs可能会引起准共振运动，而水产养殖网箱提供额外的阻尼。最近，Chen等人[24]开发了一种新型风电-波浪-水产养殖船，并为该系统建立了完全耦合的气-水-网-系泊数值框架。他们发现点吸收式WEC通过减轻纵摇和垂荡中的共振运动，显著增强了系统的运动特性。尽管取得了这些进展，但完全集成的风电-波浪-水产养殖系统的水动力行为仍了解不足，特别是当OWC阵列、风力涡轮机载荷和网箱引起的水动力效应同时作用时。
最近，Zhao等人[51]证明了将OWC阵列引入MUPs可以有效抑制运动。基于这一概念，本研究提出了一种模块化的浮动风电-波浪-水产养殖MUP，集成了OWC阵列、简化的风力涡轮机模块和养殖网箱。在规则波浪条件下进行了一系列模型尺度的波浪水槽实验。实验设计能够评估风力涡轮机模块、柔性网、刚性穿孔网箱和OWC集成构型在平台运动和系泊载荷方面的单独和组合效应。本工作的重点不是全尺寸设计预测，而是识别主导的水动力机制和模块相互作用效应。本文其余部分组织如下：第2节介绍实验装置。第3节展示波浪水槽试验和重复性验证。第4节讨论MUP的水动力性能。最后，第5节总结结论。
