This study presents a preliminary technical and economic assessment of a hybrid offshore renewable energy system combining floating offshore wind turbines with wave energy converters (WECs), deployed 20 km offshore Viana do Castelo, Portugal. The research evaluates the potential benefits and setbacks of integrating these technologies on a single platform compared to their individual deployment and co-location.

The methodology evolved hydrodynamic modelling using WAMIT computer program to simulate system behaviour in regular waves, coupled with Python scrypts for post processing in both regular and irregular waves. The resource assessment was done using 20 years of meteorological data (1992-2012). Three main study cases were investigated: a standalone 10 MW floating offshore wind turbine (Baseline Case I), three cylindrical point-absorber WECs (Baseline Case II), and a hybrid system combining both technologies (Hybrid Case). The WECs were optimized through geometry and power take-off (PTO) system tuning, with resultant optimal dimensions of 4 m radius and 5 m draft, and a negative spring stiffness of -356,400 N/m to match local wave conditions.

Key findings demonstrate that the hybrid system provides enhanced platform stability when deployed in Viana do Castelo, reducing maximum heave, roll and pitch motions by 32.7%, 30.0% and 28.6%, respectively, compared to Baseline Case I. However, wave energy output in the hybrid configuration decreased by approximately 30% compared to Baseline Case II due to hydrodynamic interactions. The hybrid system slightly improved power output stability (coefficient of variation reduced by 2-5%) compared to Baseline Case I and a preliminary economic analysis revealed similar levelized costs of energy (LCOE) for these configurations, around 179 €/MWh – within the expected range for offshore wind energy.

This work concludes that hybrid offshore wind-wave systems offer a variety of technical benefits, coupled with potential economic, social and environmental advantages, even though the current wave technological maturity may limit its current viability. The research aims to provide a foundation for future optimization studies that could improve the performance of hybrid offshore renewable energy systems and contribute to the green path of the energy transition.

Denna studie presenterar en preliminär teknisk och ekonomisk bedömning av ett hybridiskt havsbaserat förnybart energisystem som kombinerar flytande havsbaserade vindturbiner med vågenergikonverterare (WEC), placerade 20 km utanför Viana do Castelo, Portugal. Forskningen utvärderar de potentiella fördelarna och nackdelarna med att integrera dessa teknologier på en gemensam plattform jämfört med deras individuella installation och samlokalisering.

Metodologin omfattade hydrodynamisk modellering med hjälp av datorprogrammet WAMIT för att simulera systemets beteende i regelbundna vågor, kombinerat med Python-skript för efterbearbetning i både regelbundna och oregelbundna vågor. Resursbedömningen genomfördes med hjälp av 20 års meteorologiska data (1992–2012). Tre huvudsakliga fallstudier undersöktes: en fristående 10 MW flytande havsbaserad vindturbin (Basfall I), tre cylindriska punktabsorberande WEC-enheter (Basfall II) och ett hybridsystem som kombinerar båda teknologierna (Hybridfall). WEC-enheterna optimerades genom geometri- och PTO-systemjustering, vilket resulterade i optimala dimensioner på 4 m radie och 5 m djupgående, samt en negativ fjäderstyvhet på –356 400 N/m för att matcha lokala vågförhållanden.

De viktigaste resultaten visar att hybridsystemet ger förbättrad plattformsstabilitet när det placeras utanför Viana do Castelo, och minskar maximala rörelser i stampning, rullning och girning med 32,7 %, 30,0 % respektive 28,6 % jämfört med Basfall I. Däremot minskade vågenergiutbytet i hybridkonfigurationen med cirka 30 % jämfört med Basfall II på grund av hydrodynamiska interaktioner. Hybridsystemet förbättrade något stabiliteten i elproduktionen (variationskoefficienten minskade med 2–5 %) jämfört med Basfall I, och en preliminär ekonomisk analys visade liknande nivåiserade energikostnader (LCOE) för dessa konfigurationer, omkring 179 €/MWh – inom det förväntade intervallet för havsbaserad vindkraft.

Arbetet drar slutsatsen att hybrida havsbaserade vind-våg-system erbjuder en rad tekniska fördelar, i kombination med potentiella ekonomiska, sociala och miljömässiga vinster, även om den nuvarande tekniska mognadsnivån för vågenergi kan begränsa dess nuvarande lönsamhet. Forskningen syftar till att lägga grunden för framtida optimeringsstudier som kan förbättra prestandan hos hybrida havsbaserade förnybara energisystem och bidra till den gröna vägen i energiomställningen.