风能与风力发电技术（第3版）

第1章风与风能1
1.1风1
1.1.1风的形成1
1.1.2风向与风速2
1.2风能5
1.2.121世纪的最主要能源5
1.2.2风能密度7
1.2.3风能密度计算方法7
1.2.4地球上风能资源分布7
1.2.5我国风能资源分区9
1.2.6风能的三级区划指标体系11
1.2.7风资源描述的基本理论12
1.3风电场选址22
1.3.1风电场选址的技术原则22
1.3.2风电场现场位置选择对策23
1.4风电场风能资源评估25
1.4.1风电场风能资源测量方法25
1.4.2风电场风能资源评估方法27
第2章风能发电31
2.1风力机的型式31
2.1.1水平轴式风力发电装置32
2.1.2垂直轴式风力机33
2.2风能发电34
2.3并网风力发电的价值分析36
2.3.1并网风力发电的价值分析36
2.3.2风电项目可行性研究38
2.4风力发电装置38
2.4.1风轮38
2.4.2调速器和限速装置39
2.4.3调向装置41
2.4.4传动机构41
2.4.5塔架42
2.5大中型风电场设计42
2.5.1风力资源评估所需的基本资料42
2.5.2风力发电场址的选择42
2.5.3风力发电机组选型和布置44
2.5.4风力发电机布置和风能计算45
2.5.5风力发电机基础46
2.5.6风力发电场的经济效益和社会效益评价47
2.6风力发电设备的优化分析48
2.6.1优化选型因素分析48
2.6.2财务预测结果49
2.7风力机安全运行50
2.7.1风力机运行流程50
2.7.2正常运行过程51
2.7.3运行安全性53
2.7.4安全性方针53
2.7.5风力机载荷设计54
2.7.6风轮机与航空安全问题55
第3章风力发电技术56
3.1功率调节56
3.1.1定桨距失速调节56
3.1.2变桨距角调节56
3.1.3混合调节58
3.2变转速运行58
3.2.1影响风力机功率的因素58
3.2.2变转速运行的特点59
3.3发电机变转速/恒频技术59
3.3.1并网运行风力机频率恒定问题59
3.3.2变转速／恒频风力机用发电机61
3.4风轮机迎风技术61
3.4.1风轮机风向跟踪原理61
3.4.2风轮机风向跟踪方法62
3.5风电品质62
3.5.1风力机改善风电品质的方法62
3.5.2发电机和电网接口功能62
3.6风力机结构和空气动力学63
3.6.1风力机结构设计63
3.6.2风力机气动力学设计63
3.7风力机控制技术63
3.7.1风力发电系统模型描述63
3.7.2风力发电系统自适应控制器64
3.7.3风力发电系统模糊控制64
第4章风力机设计规范65
4.1风力机整机设计规范65
4.1.1风力发电机组整机技术要求65
4.1.2其他环境条件66
4.1.3电网条件67
4.2风轮机叶片、轮毂设计规范67
4.2.1叶片设计要求67
4.2.2叶片设计规范67
4.2.3轮毂设计68
4.3风轮机叶片设计69
4.3.1设计要求69
4.3.2环境适应性70
4.3.3安全和环保71
4.3.4叶片材料要求71
4.4风轮机叶片试验、验收规范73
4.4.1试验方法73
4.4.2检验规则及验收77
4.4.3叶片的标志和使用维护说明书78
4.4.4.叶片包装、贮存、运输78
第5章风轮机设计79
5.1风轮机的基本理论79
5.1.1风性能描述79
5.1.2风能和风的能量密度80
5.1.3风能利用系数81
5.1.4风轮机的桨叶设计82
5.1.5风轮机的空气动力特性84
5.2风力机设计要求85
5.2.1风力机设计安全等级85
5.2.2一般等级风力机的安全系数和强度分析86
5.2.3风力机设计要求88
5.2.4风力机整机技术要求106
5.2.5齿轮箱技术要求107
5.2.6塔架技术要求107
5.2.7风轮叶片技术要求108
5.3风轮机工程设计112
5.3.1风轮机工程设计方法112
5.3.2风力机的各种设计方案116
5.4风轮机优化设计117
5.4.1风轮机优化设计原理117
5.4.2风轮机优化设计举例118
5.5风轮机模化设计121
5.5.1风轮机模型及特性121
5.5.2风轮机模化设计方法121
5.6风轮机工程设计图例122
5.7风轮机的设计与制造123
5.7.1功率设计124
5.7.2风轮设计129
5.7.3齿轮箱和刹车机构135
5.7.4电器系统和发电系统设计137
5.7.5机舱和对风控制140
5.7.6塔架设计143
5.7.7弹性体系统动态振动设计145
5.7.8功率和转速调节147
5.7.9风力机成本分析154
5.8风轮机材料155
5.8.1风轮机用材料155
5.8.2各种风轮机材料157
5.9风力机设计风速问题159
5.9.1设计风速问题159
5.9.2风电场优化161
第6章风轮机和风电场数值计算164
6.1风电场数值模型164
6.1.1流体力学的控制方程164
6.1.2守恒形式的控制方程组164
6.1.3补充方程166
6.1.4边界条件166
6.1.5控制方程离散-有限差分法166
6.2风轮机设计软件168
6.2.1软件计算举例168
6.2.2计算结果及分析169
6.3风电场数值计算软件包171
6.3.1典型风电场数值计算软件包171
6.3.2Bladed软件包计算功能171
6.4风力机设计软件包的开发174
6.4.1风力发电机设计软件包174
6.4.2软件包模块和数据库174
6.4.3风力机空气动力学研究175
6.4.4风力机动态测试方法的研究176
6.4.5储能方法的研究176
6.4.6小型风电场规划方法的研究177
6.5风力机可靠性数值研究177
6.5.1风力机在恶劣环境下的可靠性研究177
6.5.2风力机抗台风设计181
第7章大型风力机设计184
7.1250～1200kW风力机系列184
7.1.1S系列风力机技术参数184
7.1.2NA系列风力机技术参数185
7.21000kW级风力机设计186
7.2.1FD60A型风力机设计186
7.2.2V52-850kW风力机设计200
7.2.31200kW级风力机设计201
7.31500kW级风力机设计202
7.3.1FD70A/ FD77A风力机设计202
7.3.2S70/S77风力机设计209
7.3.3V82-1650kW风力机设计212
7.42000kW级风力机设计214
7.4.1R82/2000kW风力机设计214
7.4.2V90-1800/2000kW风力机设计215
7.4.3V80-2000kW风力机设计217
7.52500kW级风力机设计219
7.5.1FD90/2500kW型风力机设计219
7.5.2N80、N90风力机设计223
7.63000kW级风力机设计226
7.6.1W90/3000kW风力机设计226
7.6.2V90-1-3000kW风力机设计226
7.6.3V112-1- 3000kW风力机设计228
7.75000kW级风力机设计229
7.7.1FC/5000/126-136风力机设计229
7.7.2R-5M风力机设计232
7.7.3R系列大型风力机233
7.8超大型风力发电机设计235
7.8.1西门子6.0MW海上风力发电机235
7.8.2三菱重工7MW海上风力发电机236
7.8.3美国超导10MW海上风力发电机236
7.8.4超大型风力发电机概念设计237
7.9我国大型风力发电机组发展趋势239
第8章风力机发电系统242
8.1风力机对发电系统的一般要求242
8.1.1风力机发电系统的特殊性242
8.1.2一般要求242
8.2恒速/恒频发电机系统242
8.2.1同步发电机243
8.2.2感应发电机243
8.3变速/恒频发电机系统245
8.3.1不连续变速系统245
8.3.2连续变速系统246
8.4小型直流发电系统248
8.4.1交流永磁发电机248
8.4.2无刷爪极自励发电机249
第9章特殊用途风力机设计250
9.1海上用风力机设计250
9.1.1近海风电场技术251
9.1.2浅海风电场投资概算256
9.1.3海上风力发电技术257
9.1.4漂浮式海上风电场259
9.1.5海上风力机260
9.2低温地区风力机设计266
9.2.1低温环境对风力发电机组的影响266
9.2.2低温对风轮机叶片的影响268
9.3高原高寒地区风力机设计269
9.3.1高原环境空气密度对风力发电的影响269
9.3.2高原环境大气温度对风力发电的影响269
9.3.3高原雷暴的影响270
9.3.4其他因素的影响270
9.3.5高原风力机设计改进措施271
9.4免齿轮箱式直接驱动型风力机设计272
9.4.1直接驱动式风力机原理272
9.4.2变速直驱永磁发电机控制系统274
9.4.3离网型低速永磁发电机278
9.4.4直接驱动型风力机组 280
9.5太阳能烟囱热能风力发电系统282
9.5.1太阳能发电技术282
9.5.2太阳能烟囱热能风力发电系统284
9.5.3热能风力涡轮机与风力机285
9.5.4太阳能烟囱发电系统工程计算方法289
9.5.5热能风力涡轮机设计292
9.5.6太阳能烟囱电厂热能风力涡轮机方案293
第10章垂直轴风力机295
10.1概述295
10.1.1垂直轴风力机295
10.1.2垂直轴风力机结构特点297
10.1.3升力型垂直轴风力机气动原理298
10.1.4垂直轴风力机叶片设计300
10.1.5垂直轴风力机与水平轴风力机比较301
10.2达里厄风轮叶片型线设计303
10.2.1风轮Troposkien曲线方程303
10.2.2风轮Troposkien曲线设计305
10.3达里厄风轮气动性能计算模型306
10.3.1单流管模型307
10.3.2多流管模型308
10.3.3双向多流管模型310
10.4达里厄风力机设计315
10.4.1风轮设计315
10.4.2结构设计316
10.4.3500kW垂直轴风力发电机设计317
10.4.4兆瓦级垂直轴风力机设计参数319
10.4.5垂直轴风力机典型设计数据319
10.5垂直轴风力机的应用和发展325
10.5.1垂直轴风力机的应用325
10.5.2垂直轴风力机的缺点328
10.5.3达里厄风力机设计发展趋势329
10.5.4垂直轴风力机发展对策333
附录334
附录1风力等级和风压计算334
附录2小型风力机技术数据335
附录3风力机技术术语规范和定义336
附录4风力发电装置国家和国际标准344
附图1中国风能分布图345
附图2风速大于3m/s的有效风功率密度分布图346
附图3中国全年风速大于3m/s的小时数分布图346
参考文献347