《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：Techno-economic analysis of a hybrid wave-solar-wind-battery microgrid: A case study for Koh Tao Island, Thailand
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•四级优化框架将最低成本设计与岛屿部署约束相结合。•在泰国涛岛的混合微电网中评估了岸基波浪能转换器的集成方案。•陆地基址约束的影响超过了所测试的1.0 MW岸线波浪能转换器容量上限。•优选设计可减少约70%的柴油消耗和CO?排放。•波浪能增加了季节多样性，而电价仅略有上升。引
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四级优化框架将最低成本设计与岛屿部署约束相结合。
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在泰国涛岛的混合微电网中评估了岸基波浪能转换器的集成方案。
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陆地基址约束的影响超过了所测试的1.0 MW岸线波浪能转换器容量上限。
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优选设计可减少约70%的柴油消耗和CO?排放。
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波浪能增加了季节多样性，而电价仅略有上升。
引言
由于地理孤立、有限的电网互联、有限的土地可用性以及对外部进口柴油燃料的依赖，偏远岛屿电力系统通常面临电价高昂、燃料价格波动风险和温室气体排放等问题[1]。这些挑战在东南亚尤为突出，该地区许多岛屿拥有丰富的可再生能源资源，但由于基础设施限制、融资障碍、土地利用冲突和可靠性要求，仍依赖柴油发电[1]、[2]。其相对较小且孤立的电力系统也更易受燃料供应中断的影响，使得可靠且经济的脱碳目标难以实现[3]、[4]。
结合光伏（PV）、风力涡轮机（WT）、电池储能系统（BESS）和柴油发电机（DG）技术的混合微电网已被广泛研究，作为在保持供电可靠性的同时减少柴油依赖的途径[5]、[6]、[7]、[8]。HOMER Pro等技术经济优化工具已证明，系统性能强烈依赖于当地可再生能源资源、技术成本、柴油价格和运行策略[9]、[10]、[11]。泰国关于Koh Jik、Koh Samui、Koh Hang及其他地点的微电网研究已考察了太阳能、风能、生物质能、水电、储能、柴油发电和电网支持的不同组合[12]、[13]、[14]、[15]。在泰国，海洋可再生能源在系统级微电网规划中仍然缺失。
波浪能可以为岛屿微电网提供附加价值，因为其在时间上的可用性不同于太阳能和风能发电，在热带季风环境中，波浪活动增加可能与太阳能可用性降低的时期相吻合，从而改善可再生能源多样性并减少柴油依赖[16]、[17]、[18]、[19]。大多数波浪能转换器（WEC）研究集中在东南亚以外的高能量海岸线，而将波浪能整合到热带岛屿微电网中的技术经济证据有限[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。
此处称为岸基WEC的岸线连接式或防波堤集成式装置，对于土地受限的岛屿可能尤为相关，因为它们可以利用现有的沿海结构，避免与海上系统相关的一些安装和维护需求[19]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。本研究中考虑的Eco Wave Power（EWP）浮子概念与防波堤、码头、海堤及类似结构兼容，其取能装置（PTO）位于水位线以上[26]、[28]、[29]、[30]、[31]。对于涛岛，实际的WEC部署不仅取决于能量产出，还取决于岸线可用性、结构适用性、维护通道、环境约束以及与现有沿海活动的兼容性。尽管东南亚拥有广阔的海岸线和群岛地理特征，但由于资源评估、政策支持、融资、机构能力和技术成熟度方面的差距，海洋可再生能源仍未得到充分开发[32]、[33]、[34]。
泰国涛岛为研究这些问题提供了相关案例。该岛2024年记录了49.93 GWh的电力需求，平均负荷为5.70 MW，峰值负荷为8.60 MW。它拥有有限的可开发土地、对环境敏感且依赖旅游业的沿海地区，以及尽管拥有试点规模的光伏、风电、功率转换和监测基础设施，但仍依赖柴油发电的电力系统[35]、[36]。
本研究采用PRISMA指导的筛选方法进行了系统的Scopus检索，以将本研究置于泰国可再生能源微电网研究的背景中。初步检索识别出22,899条记录，通过应用泰国地理过滤器，减少至39条。在对16篇相关期刊文章进行标题和摘要筛选后，基于其与混合微电网规划、技术经济优化、储能、可再生能源渗透率、调度、环境性能和实施的相关性，保留了八项研究用于比较综合，如表1所示。
比较综合分析表明，泰国微电网研究已从传统的光伏-柴油和光伏-风电-电池配置发展到更多样化的可再生能源组合、先进储能、利益相关者知情规划以及经过现场验证的运行。所报告的技术经济结果还表明，系统性能高度依赖于特定场址的资源条件、技术组合和建模假设，这强化了谨慎解读跨研究成本比较的必要性。然而，已审查的研究对海洋可再生能源的系统级评估有限，且没有研究在同一技术经济框架内明确区分陆地基址可再生能源约束与岸线WEC基础设施限制的影响。这些差距促成了本研究所开发的包含波浪能、考虑部署的方案。
本研究解决了四个相关的空白：(1) 热带东南亚地区包含波浪能的混合微电网的技术经济评估有限；(2) 微电网优化中每小时波浪能-电力转换和WEC运行特征的表示有限；(3) 传统PV-WT-BESS-DG系统与包含波浪能配置之间的系统性比较有限；以及(4) 理论上最低成本设计与受土地和岸线基础设施约束的实际可部署配置之间的区分不足。
为了解决这些空白，本研究遵循六阶段方法。阶段1和阶段2（选址和可再生能源评估）建立了评估热带东南亚背景下包含波浪能的微电网所需的场址特定需求、资源和基础设施条件，解决空白1。阶段3开发了每小时WEC波浪能-电力表示和运行包线，解决空白2。阶段4和阶段5将WEC与光伏、风电、电池储能和柴油发电集成，并比较传统和包含波浪能的微电网架构，解决空白3。在阶段5内，四级框架区分了试点规模、无约束、土地受限和WEC基础设施受限的配置，解决空白4。阶段6评估优选配置在经济不确定性下的鲁棒性。这些阶段量化了可再生能源比例（RF）、电价、柴油替代率和CO?排放减少量，同时为岛屿能源规划提供了考虑部署的框架。本研究有助于实现可持续发展目标7（经济适用的清洁能源）和可持续发展目标13（气候行动）。
章节片段
方法论
六阶段方法论框架如图1所示，包括：(i) 选址和数据预处理，(ii) 可再生能源评估，(iii) WEC波浪能-电力建模，(iv) 混合微电网建模，(v) 四级技术经济优化，以及(vi) 敏感性分析。
选址与可再生能源特征分析
涛岛从筛选的泰国岛屿中被选中，因为它结合了实测电力需求、现有的光伏-风电-电池基础设施、电网相关性、可及的沿海结构和适中的波浪能潜力。基于EWP使用MetOcean筛选数据集进行的项目特定评估，涛岛的平均有效波高约为0.48米，指示性WEC容量因子为21.7%（附录B）。
图3展示了涛岛的月度资源概况。
Tier-1：试点规模性能和边际WEC贡献
开发了一个四级优化框架，以区分理论上的技术经济潜力和部署可行性。Tier-1代表试点规模示范案例，基于涛岛现有的50 kW光伏和100 kW风电基础设施，并在模型中增加了一个提议的100 kW岸基WEC系统，由十个10 kW浮子组成。现有的电池和转换器基础设施在适用的系统架构中进行了表示。Tier-1代表
结论
本研究为泰国涛岛的混合光伏-风电-电池储能-柴油发电机微电网中集成岸基WEC开发了一个考虑部署的技术经济框架。分析结合了实测的2024年电力需求、场址特征化的可再生能源资源、每小时WEC波浪能-电力表示、HOMER Pro优化、四个部署层级以及全因子敏感性分析。仅柴油基准方案的平准化电力成本（LCOE）为0.2786美元/kWh，消耗13.08千升/年的柴油，排放34.29千吨CO?
CRediT作者贡献声明
Daryl Anne B. Varela：写作 – 原稿撰写，可视化，方法论，调查，数据整理，概念化。Weerakorn Ongsakul：写作 – 审阅与编辑，监督。Wuthipong Suponthana：调查，数据整理，概念化。Kamyar Mehran：调查，数据整理。Guang Li：写作 – 审阅与编辑，调查，形式分析。Marianne Catanyag：写作 – 审阅与编辑，调查。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢英国研究与创新署（UKRI）通过Innovate UK Energy Catalyst第10轮项目"泰国偏远岛屿波浪能微电网试点"（项目编号：10081283）的支持，以及泰国亚洲理工学院Bangchak倡议与创新中心（BIIC@AIT）的支持。作者还向泰国省级电力管理局（PEA）提供涛岛2024年电力需求数据表示诚挚的感谢，该数据用于本研究。
Daryl Anne B. Varela|Weerakorn Ongsakul|Wuthipong Suponthana|Kamyar Mehran|Guang Li|Marianne Catanyag
