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目次
商品簡介
本書介紹了有關風力發電的基本知識和技術,通俗地分析了風的形成、風的分類和風能定量評估。詳細闡述了風輪機的基本工作原理、工程設計方法和風輪機優化設計；對風輪機的結構、空氣動力學特性、安全運行、風力機發電系統及風輪機材料等進行了說明和分析。對風輪機的一些特殊問題，例如變速/恆頻技術、迎風調節、風輪葉片材料和製造、風電場優化分析、風資源對性能的影響等搜集了大量的數據資料供參考查詢。 本書第二版除全部訂正了和時間相關的數據外，還增加了風力機設計要求、大型風力機設計和特殊用途用風力機(海上風力機、低溫風力機、高原風力機和直接驅動式風力機)等內容，使本書更具工程參考價值，對風電從業人員更加適用。 本書適合于從事風電領域內工作的工程師和技術人員閱讀參考，也適合作為高等院校熱動力專業的教學參考書，對想了解風能發電的讀者也是一本極好的科普讀物。
目次
第1章 風與風能1
1.1 風1
1.1.1 風的形成1
1.1.2 風向與風速3
1.2 風能5
1.2.1 21世紀的最主要能源5
1.2.2 風能密度8
1.2.3 風能密度計算方法8
1.2.4 地球上風能資源分布9
1.2.5 我國風能資源分區11
1.2.6 風能的三級區劃指標體系12
1.2.7 風資源描述的基本理論14
1.3 風電場選址25
1.3.1 風電場選址的技術原則26
1.3.2 風電場現場位置選擇對策27
1.4 風電場風能資源評估28
1.4.1 風電場風能資源測量方法28
1.4.2 風電場風能資源評估方法31
第2章 風能發電36
2.1 風力機的型式36
2.1.1 水平軸式風力發電裝置37
2.1.2 垂直軸式風力機38
2.2 風能發電39
2.3 并網風力發電的價值分析41
2.3.1 并網風力發電的價值分析41
2.3.2 風電項目可行性研究43
2.4 風力發電裝置44
2.4.1 風輪44
2.4.2 調速器和限速裝置45
2.4.3 調向裝置47
2.4.4 傳動機構48
2.4.5 塔架48
2.5 大中型風電場設計48
2.5.1 風力資源評估所需的基本資料48
2.5.2 風力發電場址的選擇49
2.5.3 風力發電機組選型和布置50
2.5.4 風力發電機布置和風能計算52
2.5.5 風力發電機基礎53
2.5.6 風力發電場的經濟效益和社會效益評價54
2.6 風力發電設備的優化分析55
2.6.1 優化選型因素分析55
2.6.2 財務預測結果57
2.7 風力機安全運行58
2.7.1 風力機運行流程58
2.7.2 正常運行過程59
2.7.3 運行安全性61
2.7.4 安全性方針62
2.7.5 風力機載荷設計62
2.7.6 風輪機與航空安全問題63
第3章 風力發電技術65
3.1 功率調節65
3.1.1 定槳距失速調節65
3.1.2 變槳距角調節67
3.1.3 混合調節67
3.2 變轉速運行67
3.2.1 影響風力機功率的因素67
3.2.2 變轉速運行的特點68
3.3 發電機變轉速/恆頻技術69
3.3.1 并網運行風力機頻率恆定問題69
3.3.2 變轉速／恆頻風力機用發電機70
3.4 風輪機迎風技術71
3.4.1 風輪機風向跟蹤原理71
3.4.2 風輪機風向跟蹤方法71
3.5 風電品質72
3.6 風力機結構和空氣動力學72
3.7 風力機控制技術73
第4章 風輪機設計75
4.1 風輪機的基本理論75
4.1.1 風性能描述75
4.1.2 風能和風的能量密度76
4.1.3 風能利用系數77
4.1.4 風輪機的槳葉設計79
4.1.5 風輪機的空氣動力特性81
4.2 風力機設計要求82
4.2.1 風力機設計安全等級82
4.2.2 一般等級風力機的安全系數和強度分析83
4.2.3 風力機設計要求85
4.2.4 風力機整機技術要求106
4.2.5 齒輪箱技術要求107
4.2.6 塔架技術要求108
4.2.7 風輪葉片技術要求109
4.3 風輪機工程設計113
4.3.1 風輪機工程設計方法113
4.3.2 風力機的各種設計方案118
4.4 風輪機優化設計119
4.4.1 風輪機優化設計原理119
4.4.2 風輪機優化設計舉例120
4.5 風輪機模化設計123
4.5.1 風輪機模型及特性123
4.5.2 風輪機模化設計方法124
4.6 風輪機工程設計圖例124
4.7 風輪機的設計與製造128
4.7.1 功率設計128
4.7.2 風輪設計132
4.7.3 齒輪箱和剎車機構140
4.7.4 電器系統和發電系統設計142
4.7.5 機艙和對風控制146
4.7.6 塔架設計149
4.7.7 彈性體系統動態振動設計151
4.7.8 功率和轉速調節155
4.7.9 風力機成本分析162
4.8 風輪機材料162
4.8.1 風輪機用材料162
4.8.2 各種風輪機材料165
4.9 風力機設計風速問題167
4.9.1 設計風速問題167
4.9.2 風電場優化170
第5章 風輪機和風電場數值計算173
5.1 風電場數值模型173
5.1.1 流體力學的控制方程173
5.1.2 守恆形式的控制方程組174
5.1.3 補充方程175
5.1.4 邊界條件175
5.1.5 控制方程離散-有限差分法175
5.2 風輪機設計軟件177
5.2.1 軟件計算舉例177
5.2.2 計算結果及分析178
5.3 風電場數值計算軟件包181
5.3.1 典型風電場數值計算軟件包181
5.3.2 Bladed軟件包計算功能182
5.4 風力機設計軟件包的開發185
5.4.1 風力發電機設計軟件包185
5.4.2 軟件包模塊和數據庫185
5.4.3 風力機空氣動力學研究185
5.4.4 風力機動態測試方法的研究186
5.4.5 儲能方法的研究187
5.4.6 小型風電場規劃方法的研究188
5.5 風力機可靠性數值研究188
5.5.1 風力機在惡劣環境下的可靠性研究188
5.5.2 風力機抗臺風設計192
第6章 大型風力機設計196
6.1 250～1200kW風力機系列196
6.1.1 S系列風力機技術參數196
6.1.2 NA系列風力機技術參數197
6.2 1000kW級風力機設計198
6.2.1 FD60A型風力機設計198
6.2.2 V52-850kW風力機設計214
6.2.3 1200kW級風力機設計216
6.3 1500kW級風力機設計217
6.3.1 FD70A/FD77A風力機設計217
6.3.2 S70/S77風力機設計224
6.3.3 V82-1650kW風力機設計228
6.4 2000kW級風力機設計231
6.4.1 R82/2000kW風力機設計231
6.4.2 V90-1800/2000kW級風力機設計233
6.4.3 V80-2000kW風力機設計235
6.5 2500 kW級風力機設計237
6.5.1 FD90/2500kW型風力機設計237
6.5.2 N80、N90風力機設計241
6.6 3000kW級風力機設計245
6.6.1 W90/3000kW風力機設計245
6.6.2 V90-1-3000kW風力機設計245
6.6.3 V112-1-3000kW風力機設計247
6.7 5000kW級風力機設計249
6.7.1 FC/5000/126-136風力機設計249
6.7.2 R-5M風力機設計251
6.7.3 R系列大型風力機253
第7章 風力機發電系統255
7.1 風力機對發電系統的一般要求255
7.1.1 風力機發電系統的特殊性255
7.1.2 一般要求255
7.2 恆速/恆頻發電機系統256
7.2.1 同步發電機256
7.2.2 感應發電機256
7.3 變速/恆頻發電機系統258
7.3.1 不連續變速系統258
7.3.2 連續變速系統259
7.4 小型直流發電系統262
7.4.1 交流永磁發電機262
7.4.2 無刷爪極自勵發電機263
第8章 特殊用途風力機設計264
8.1 海上用風力機設計264
8.1.1 近海風電場技術266
8.1.2 淺海風電場投資概算272
8.1.3 海上風力發電技術273
8.1.4 漂浮式海上風電場275
8.1.5 海上風力機277
8.2 低溫地區風力機設計283
8.2.1 低溫環境對風力發電機組的影響283
8.2.2 低溫對風輪機葉片的影響284
8.3 高原高寒地區風力機設計286
8.3.1 高原環境空氣密度對風力發電的影響286
8.3.2 高原環境大氣溫度對風力發電的影響287
8.3.3 高原雷暴的影響287
8.3.4 其他因素的影響288
8.3.5 高原風力機設計改進措施288
8.4 免齒輪箱式直接驅動型風力機設計290
8.4.1 直接驅動式風力機原理290
8.4.2 變速直驅永磁發電機控制系統292
8.4.3 離網型低速永磁發電機297
8.4.4 直接驅動型風力機組 299
附錄302
附錄一 風力等級和風壓計算302
附錄二 小型風力機技術數據303
附錄三 葉輪式風力機技術術語標準定義（GB 8974—88）304
附錄四 風力發電裝置國家和國際標準308
附圖1 中國風能分布圖310
附圖2 風速大于3m/s的有效風功率密度分布圖310
附圖3 中國全年風速大于3m/s的小時數分布圖311
參考文獻312
1.1 風1
1.1.1 風的形成1
1.1.2 風向與風速3
1.2 風能5
1.2.1 21世紀的最主要能源5
1.2.2 風能密度8
1.2.3 風能密度計算方法8
1.2.4 地球上風能資源分布9
1.2.5 我國風能資源分區11
1.2.6 風能的三級區劃指標體系12
1.2.7 風資源描述的基本理論14
1.3 風電場選址25
1.3.1 風電場選址的技術原則26
1.3.2 風電場現場位置選擇對策27
1.4 風電場風能資源評估28
1.4.1 風電場風能資源測量方法28
1.4.2 風電場風能資源評估方法31
第2章 風能發電36
2.1 風力機的型式36
2.1.1 水平軸式風力發電裝置37
2.1.2 垂直軸式風力機38
2.2 風能發電39
2.3 并網風力發電的價值分析41
2.3.1 并網風力發電的價值分析41
2.3.2 風電項目可行性研究43
2.4 風力發電裝置44
2.4.1 風輪44
2.4.2 調速器和限速裝置45
2.4.3 調向裝置47
2.4.4 傳動機構48
2.4.5 塔架48
2.5 大中型風電場設計48
2.5.1 風力資源評估所需的基本資料48
2.5.2 風力發電場址的選擇49
2.5.3 風力發電機組選型和布置50
2.5.4 風力發電機布置和風能計算52
2.5.5 風力發電機基礎53
2.5.6 風力發電場的經濟效益和社會效益評價54
2.6 風力發電設備的優化分析55
2.6.1 優化選型因素分析55
2.6.2 財務預測結果57
2.7 風力機安全運行58
2.7.1 風力機運行流程58
2.7.2 正常運行過程59
2.7.3 運行安全性61
2.7.4 安全性方針62
2.7.5 風力機載荷設計62
2.7.6 風輪機與航空安全問題63
第3章 風力發電技術65
3.1 功率調節65
3.1.1 定槳距失速調節65
3.1.2 變槳距角調節67
3.1.3 混合調節67
3.2 變轉速運行67
3.2.1 影響風力機功率的因素67
3.2.2 變轉速運行的特點68
3.3 發電機變轉速/恆頻技術69
3.3.1 并網運行風力機頻率恆定問題69
3.3.2 變轉速／恆頻風力機用發電機70
3.4 風輪機迎風技術71
3.4.1 風輪機風向跟蹤原理71
3.4.2 風輪機風向跟蹤方法71
3.5 風電品質72
3.6 風力機結構和空氣動力學72
3.7 風力機控制技術73
第4章 風輪機設計75
4.1 風輪機的基本理論75
4.1.1 風性能描述75
4.1.2 風能和風的能量密度76
4.1.3 風能利用系數77
4.1.4 風輪機的槳葉設計79
4.1.5 風輪機的空氣動力特性81
4.2 風力機設計要求82
4.2.1 風力機設計安全等級82
4.2.2 一般等級風力機的安全系數和強度分析83
4.2.3 風力機設計要求85
4.2.4 風力機整機技術要求106
4.2.5 齒輪箱技術要求107
4.2.6 塔架技術要求108
4.2.7 風輪葉片技術要求109
4.3 風輪機工程設計113
4.3.1 風輪機工程設計方法113
4.3.2 風力機的各種設計方案118
4.4 風輪機優化設計119
4.4.1 風輪機優化設計原理119
4.4.2 風輪機優化設計舉例120
4.5 風輪機模化設計123
4.5.1 風輪機模型及特性123
4.5.2 風輪機模化設計方法124
4.6 風輪機工程設計圖例124
4.7 風輪機的設計與製造128
4.7.1 功率設計128
4.7.2 風輪設計132
4.7.3 齒輪箱和剎車機構140
4.7.4 電器系統和發電系統設計142
4.7.5 機艙和對風控制146
4.7.6 塔架設計149
4.7.7 彈性體系統動態振動設計151
4.7.8 功率和轉速調節155
4.7.9 風力機成本分析162
4.8 風輪機材料162
4.8.1 風輪機用材料162
4.8.2 各種風輪機材料165
4.9 風力機設計風速問題167
4.9.1 設計風速問題167
4.9.2 風電場優化170
第5章 風輪機和風電場數值計算173
5.1 風電場數值模型173
5.1.1 流體力學的控制方程173
5.1.2 守恆形式的控制方程組174
5.1.3 補充方程175
5.1.4 邊界條件175
5.1.5 控制方程離散-有限差分法175
5.2 風輪機設計軟件177
5.2.1 軟件計算舉例177
5.2.2 計算結果及分析178
5.3 風電場數值計算軟件包181
5.3.1 典型風電場數值計算軟件包181
5.3.2 Bladed軟件包計算功能182
5.4 風力機設計軟件包的開發185
5.4.1 風力發電機設計軟件包185
5.4.2 軟件包模塊和數據庫185
5.4.3 風力機空氣動力學研究185
5.4.4 風力機動態測試方法的研究186
5.4.5 儲能方法的研究187
5.4.6 小型風電場規劃方法的研究188
5.5 風力機可靠性數值研究188
5.5.1 風力機在惡劣環境下的可靠性研究188
5.5.2 風力機抗臺風設計192
第6章 大型風力機設計196
6.1 250～1200kW風力機系列196
6.1.1 S系列風力機技術參數196
6.1.2 NA系列風力機技術參數197
6.2 1000kW級風力機設計198
6.2.1 FD60A型風力機設計198
6.2.2 V52-850kW風力機設計214
6.2.3 1200kW級風力機設計216
6.3 1500kW級風力機設計217
6.3.1 FD70A/FD77A風力機設計217
6.3.2 S70/S77風力機設計224
6.3.3 V82-1650kW風力機設計228
6.4 2000kW級風力機設計231
6.4.1 R82/2000kW風力機設計231
6.4.2 V90-1800/2000kW級風力機設計233
6.4.3 V80-2000kW風力機設計235
6.5 2500 kW級風力機設計237
6.5.1 FD90/2500kW型風力機設計237
6.5.2 N80、N90風力機設計241
6.6 3000kW級風力機設計245
6.6.1 W90/3000kW風力機設計245
6.6.2 V90-1-3000kW風力機設計245
6.6.3 V112-1-3000kW風力機設計247
6.7 5000kW級風力機設計249
6.7.1 FC/5000/126-136風力機設計249
6.7.2 R-5M風力機設計251
6.7.3 R系列大型風力機253
第7章 風力機發電系統255
7.1 風力機對發電系統的一般要求255
7.1.1 風力機發電系統的特殊性255
7.1.2 一般要求255
7.2 恆速/恆頻發電機系統256
7.2.1 同步發電機256
7.2.2 感應發電機256
7.3 變速/恆頻發電機系統258
7.3.1 不連續變速系統258
7.3.2 連續變速系統259
7.4 小型直流發電系統262
7.4.1 交流永磁發電機262
7.4.2 無刷爪極自勵發電機263
第8章 特殊用途風力機設計264
8.1 海上用風力機設計264
8.1.1 近海風電場技術266
8.1.2 淺海風電場投資概算272
8.1.3 海上風力發電技術273
8.1.4 漂浮式海上風電場275
8.1.5 海上風力機277
8.2 低溫地區風力機設計283
8.2.1 低溫環境對風力發電機組的影響283
8.2.2 低溫對風輪機葉片的影響284
8.3 高原高寒地區風力機設計286
8.3.1 高原環境空氣密度對風力發電的影響286
8.3.2 高原環境大氣溫度對風力發電的影響287
8.3.3 高原雷暴的影響287
8.3.4 其他因素的影響288
8.3.5 高原風力機設計改進措施288
8.4 免齒輪箱式直接驅動型風力機設計290
8.4.1 直接驅動式風力機原理290
8.4.2 變速直驅永磁發電機控制系統292
8.4.3 離網型低速永磁發電機297
8.4.4 直接驅動型風力機組 299
附錄302
附錄一 風力等級和風壓計算302
附錄二 小型風力機技術數據303
附錄三 葉輪式風力機技術術語標準定義（GB 8974—88）304
附錄四 風力發電裝置國家和國際標準308
附圖1 中國風能分布圖310
附圖2 風速大于3m/s的有效風功率密度分布圖310
附圖3 中國全年風速大于3m/s的小時數分布圖311
參考文獻312
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