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第1章 海上风力发电：发展现状与展望 1

1.1引言 1

1.2海上风电的发展和投资成本 1

1.3海上风力发电成本 4

1.4在建和计划中的海上风场 5

1.5未来技术发展 6

1.6未来海上风电发展展望 7

1.7海上风力机长期成本前景 8

1.8新的离岸概念 9

1.9结论 11

第2章 风力机原理 13

2.1引言 13

2.2风电发展 13

2.3风力机如何运行 13

2.3.1叶片旋转 13

2.3.2旋转速度：叶尖速比λ 14

2.3.3风速变化时的叶轮转动速度 15

2.3.4叶片数量 17

2.3.5从风中获取的能量 17

2.3.6风能 17

2.3.7功率曲线 18

2.3.8设计尺寸 18

2.4海上还是陆上 19

2.5环境影响 20

2.5.1场区域和利用 20

2.5.2视觉影响 20

2.5.3听觉噪声 20

2.5.4飞鸟撞击 21

2.5.5电磁干扰 21

2.5.6可持续性 21

第3章 地中海的风浪条件 22

3.1地中海海洋特征 22

3.2地中海风浪数据资料 22

3.2.1观测 23

3.2.2数学模型 24

3.3综合不同数据得到相容的数据集 27

3.4结论 28

3.4.1 Medatlas工程 28

3.4.2地中海海盆海洋风统计 30

3.4.3意大利海岸沿线风能估计 31

3.4.4各评估结果的比较 32

3.5致谢 33

第4章 海洋风能气候和气象预测 35

4.1引言 35

4.1.1本章目的与结构 35

4.1.2大气变化尺度 35

4.1.3大气稳定度 35

4.1.4风速分布及其对能量密度和电力生产的影响 39

4.1.5丹麦现有的海上风力发电场 40

4.2资源评估 41

4.2.1长期风能资源预测：气候变化的影响 41

4.2.2在稳定气候下预测风力发电场在寿命期的风力资源观测风速来源 46

4.2.3风速和能量密度的气候鲁棒性估计 46

4.2.4外推垂直风速剖面 47

4.3从风资源到风能：尾流的影响 49

4.3.1风力机尾流 49

4.3.2尾流模型简介 49

4.3.3尾流尺度评估和单尾流中的尾流模式 50

4.3.4多尾流中的尾流模式 52

4.4风场短期功率输出：海上有什么不同吗 53

4.5小结 53

4.6致谢 54

第5章 风力机的电力技术 60

5.1引言 60

5.2风力机的能量控制 61

5.3风力发电机 62

5.3.1感应发电机 62

5.3.2同步发电机 62

5.3.3直接驱动发电机 63

5.4现代电力电子变换技术与系统 63

5.5风力发电机组的电力变换系统 66

5.5.1恒定速度的风力发电机组 66

5.5.2变速风力发电机组 69

5.5.3风力发电机系统的总结 74

5.6风力发电机组的控制 75

5.6.1带有鼠笼型转子感应发电机的主动失速风力发电系统 75

5.6.2带有双馈发电机的变桨距控制 76

5.6.3具有全额定功率电力电子装置的风力发电机系统 77

5.7风场电网的结构布局 78

5.8风力机与电网并车运行 80

5.8.1风力机并网运行的条件 80

5.8.2电压质量评定 82

5.9电力系统中风力机性能的改进 84

5.9.1电压闪变最小化 84

5.9.2提高电力系统的稳定性 87

5.10结论 91

第6章 风场电力连接 95

6.1介绍 95

6.2海上集电系统 96

6.2.1电力集电系统的布局 98

6.2.2直流集电系统 100

6.2.3变频交流集电系统 101

6.2.4集电系统的最优化 101

6.3海上变电站 102

6.4海上输电系统 103

6.4.1高压交流传输 104

6.4.2高压交流输电能力 105

6.4.3具有电网换相换流器的高压直流传输 108

6.4.4使用自换相电压源换流器的高压直流传输 112

6.4.5不同输电技术的并网运行 114

6.5传输技术的总结 115

6.6可靠性评估 115

6.6.1基于电网换相换流器的高压直流传输系统的可靠性 116

6.6.2“缺供电量”的计算方法 117

6.6.3结果 120

6.7输电系统的经济性评估 120

6.8结论 121

6.9致谢 121

第7章 监管框架：并网接入和市场机制 126

7.1引言 126

7.2可再生能源规范 126

7.3风力发电的促进方案 127

7.3.1市场一体化 127

7.3.2现行促进措施 127

7.4可再生能源融入电力市场 128

7.4.1电力市场的价格与成本 128

7.4.2供电的安全性 129

7.4.3配电优先权 129

7.4.4可再生能源的跨界传输 129

7.5系统成本 130

7.5.1网络连接成本 130

7.5.2系统运营成本 130

7.6可再生能源技术整合 131

7.6.1电网扩展 132

7.6.2系统稳定性 132

7.6.3风场管理失衡成本 132

7.6.4跨界输电的不利影响 132

第8章 海上风力机：动力学和疲劳 134

8.1引言 134

8.2主要术语 134

8.3随机过程 134

8.4波浪和海流 135

8.4.1波浪的描述 135

8.4.2随机波浪的描述 137

8.4.3作用于结构物上的波浪载荷 139

8.4.4极限波、非线性波理论以及破碎波 141

8.4.5长期波的描述 142

8.4.6海面升高：潮汐 143

8.4.7海流 143

8.5风 144

8.5.1风速 144

8.5.2风切变和湍流 144

8.5.3极限风速和阵风 146

8.5.4长期风速分布 147

8.6风轮 148

8.6.1概要 148

8.6.2风能捕获 151

8.6.3湍流中的风力机 153

8.7海上风力机动力学 154

8.7.1动力学基础 154

8.7.2柔性和刚性风力机系统 156

8.7.3支撑结构动力学设计选项 157

8.7.4环境补偿 158

8.8疲劳基本考虑 159

8.8.1概要 159

8.8.2疲劳范例 159

8.8.3 S-N曲线和Miner法则 160

8.8.4计数方法 161

8.9基础 162

8.9.1土壤性质 162

8.9.2模型基础 163

第9章 深水海上风能 168

9.1引言 168

9.2历史 168

9.3深海风电场的效益 170

9.4概念设计要求 172

9.4.1风力机配置 173

9.4.2原料和成组技术 174

9.5备选概念设计方案 175

9.5.1松弛式系泊系统 175

9.5.2张紧式系泊 178

9.5.3深水座底式支撑结构 179

9.6结论和挑战 179

第10章 海上风电场的可达性 182

10.1引言 182

10.1.1安全性 182

10.1.2经济性 182

10.1.3增加复杂性的其他因素 182

10.1.4提高实用性的需要 183

10.2良好可达性要求 183

10.2.1环境条件 183

10.2.2技术要求 184

10.2.3可达性系统的成本 184

10.3可达性系统构成 185

10.3.1现有船舶和运载工具 185

10.3.2船舶入坞风力机 187

10.3.3人员运送 188

10.4经验及系统分析 188

10.4.1瑞典/丹麦/英国 188

10.4.2基础类型的影响 190

10.4.3以上两个系统相结合的技术 192

10.4.4正常可达和紧急救助 193

10.5未来技术 193

10.5.1 OAS 193

10.5.2 Ampelmann 193

10.6结论 193

第11章 标准与认证 194

11.1引言 194

11.2标准 194

11.2.1总述与比较 194

11.2.2未来发展 196

11.3风力机和风电场认证 198

11.3.1概要 198

11.3.2设计要求 199

11.3.3型式认证 206

11.3.4项目或风电场认证 213

11.3.5有效性与重新认证 219

11.4风险评估 220

11.4.1概要 220

11.4.2风险分析 220

11.4.3尽职调查 226

11.4.4状态监控 228

11.4.5其他要求 229

11.5小结 229

第12章 深水海上风力机基础 233

12.1引言 233

12.2结构解决方案 233

12.2.1选择基础 233

12.2.2海上风力机和深水基础的数据 235

12.2.3中高功率风力机的金属支撑结构 237

12.2.4 2 MW海上风力机的支撑结构 240

12.2.5 4 MW和6 MW海上风力机的支撑结构 242

12.2.6浮式和非浮式基础结构 244

12.3基础结构设计 245

12.3.1设计数据 245

12.3.2设计分析 247

12.4建造和运输 249

12.4.1建造 249

12.4.2运输 250

12.5安装和拆除 250

12.5.1单桩 250

12.5.2三脚桩 251

12.5.3三腿或四腿导管架 251

12.5.4风力机 252

12.5.5使用寿命结束后拆除 253

12.6重量和费用评估 254

12.6.1重量对比 254

12.6.2费用对比 255

12.7结论 259

第13章 海上风力机材料 262

13.1引言 262

13.2叶轮部件 264

13.2.1叶片 265

13.2.2螺栓连接 275

13.2.3变桨驱动 275

13.2.4轮毂和轮毂外壳 275

13.3机舱部件材料 277

13.3.1主轴 278

13.3.2齿轮箱 278

13.3.3发电机 279

13.3.4偏航驱动 280

13.3.5轴承 281

13.3.6联轴器 281

13.3.7机械制动 281

13.3.8机舱罩 282

13.4支撑结构材料 283

13.4.1塔架 283

13.4.2基础 284

13.5寒冷气候问题 287

13.5.1复合材料 288

13.5.2金属材料 289

13.5.3其他材料 290

13.6海上风力机材料的选择过程 290

13.6.1管状塔架材料设计 291

13.6.2叶片材料设计 296

13.7结论 299

词汇表 302