第1章 风能资源 1
1.1 风的形成 1
1.2 风向 3
1.3 风速的测量 3
1.3.1 旋转式风速表 3
1.3.2 压力风速表 4
1.3.3 热线风速仪 6
1.3.4 风速表的标定 7
1.4 风速等级 8
1.5 太阳辐射与地球自转——风能源泉 8
1.5.1 大气环流 8
1.5.2 太阳辐射引起的周期性变化区域风 10
1.6 地球表面风能资源的分布 12
1.7 风能资源的描述 12
1.7.1 风廓线 12
1.7.2 年风速-时间曲线 13
1.7.3 年风频分布 14
1.7.4 紊流、阵风与无风期 18
1.8 地形与障碍物对风能的影响 20
1.8.1 障碍物的影响 20
1.8.2 地形的影响 21
1.8.3 风场选择原则 22
1.9 理论可用风能 23
1.9.1 风能的计算 23
1.9.2 平均风能密度 23
1.9.3 理论可用风能的概念 25
1.10 有效可用风能 25
1.10.1 有效可用风能的概念 25
1.10.2 平均有效风能密度 26
1.11 中国的风能资源分布 26
第2章 风力机的基本理论 29
2.1 贝兹理论 29
2.2 叶片的几何形状与空气动力特性 30
2.2.1 叶片翼型的几何定义 30
2.2.2 作用于运动叶片上的空气动力 31
2.3 风轮的空气动力特性 33
2.3.1 风轮的几何定义与参数 33
2.3.2 叶素的空气动力特性 34
2.3.3 风轮的推力、力矩、功率和效率的一般表达式 35
2.4 相似风力机的特性 35
2.4.1 相似条件 36
2.4.2 相似结果 37
2.4.3 模型机试验中的问题 39
第3章 水平轴风力机的气动设计 41
3.1 叶片数和风轮直径的确定 41
3.1.1 叶片数z的确定 41
3.1.2 风轮直径的确定 42
3.2 叶片翼型的选择 42
3.3 叶素弦长和安装角 43
3.3.1 简化叶素动量理论 43
3.3.2 葛劳渥旋涡理论 46
3.3.3 水平轴风力机气动设计举例 53
3.3.4 风力机特性的预测计算 56
第4章 水平轴风力机的结构设计 58
4.1 叶片 58
4.1.1 正常运转中阵风引起的弯曲应力 58
4.1.2 正常运转中离心力引起的应力 59
4.1.3 狂风中迎风静止风轮叶片上的弯曲应力 60
4.1.4 陀螺效应 60
4.1.5 叶片振动 61
4.1.6 叶片的气动弹性分析与结构阻尼 61
4.1.7 叶片翼型中心点的位置 62
4.1.8 叶片材料 62
4.1.9 叶片的热胀、积水和雷击保护 63
4.1.10 空心叶片 63
4.2 轮毂 64
4.3 塔架 65
4.3.1 塔架高度 65
4.3.2 塔架静动态特性的影响因素 65
4.3.3 塔架-风轮系统振动模态 67
4.4 机舱、齿轮传动系统和刹车装置 68
4.4.1 机舱 68
4.4.2 齿轮箱 70
4.4.3 刹车装置 71
4.5 对风装置 72
4.5.1 风轮的自动对风 73
4.5.2 尾舵对风 73
4.5.3 侧轮对风 74
4.5.4 电气、液压推动对风 74
4.6 调速与功率调节装置 75
4.6.1 调速装置 75
4.6.2 功率、转速-功率的调节装置 77
第5章 垂直轴式和其他形式的风力机 84
5.1 垂直轴风力机 84
5.1.1 阻力型风力机 84
5.1.2 阻力差型风力机 85
5.1.3 升力型垂直轴风力机 87
5.2 其他形式的风力机 90
5.2.1 风道式风力机 90
5.2.2 与涡流发生器相结合的风力机 91
5.2.3 热气流风力机 92
第6章 风力发电 94
6.1 风力发电机的额定工况设计 94
6.1.1 风轮与发电机的功率-转速特性 94
6.1.2 年度发电量计算 94
6.1.3 功率调节方式对发电量、机组重量及电价的影响 95
6.2 风力发电主要电器设备 96
6.2.1 同步发电机 96
6.2.2 异步发电机 97
6.2.3 双速异步发电机 97
6.2.4 低速交流发电机 97
6.2.5 变频器 97
6.2.6 逆变器 98
6.3 风力发电机的供电方式 99
6.3.1 直接并网 99
6.3.2 间接并网 100
6.3.3 离网供电 101
6.4 风力发电机的运行和安全性 103
6.4.1 安全性方针 103
6.4.2 风力发电机组的基本运行过程 106
6.5 风力发电机功率特性的测定 108
6.5.1 影响输出功率特性的因素 108
6.5.2 测试仪器的精度及其标定 109
6.5.3 测量数据的采集 110
6.5.4 测风点与风力发电机位置间的关系 110
6.5.5 大气温度、压力对密度的影响及功率值向标准状况的换算 110
6.5.6 风湍流大小、风向和风梯度变化的影响 111
6.5.7 雨雪、结冰、沙尘等对风电机功率的影响 111
6.6 风力发电机的噪声 112
6.6.1 声波和噪声 112
6.6.2 声强与声强级 113
6.6.3 声压与声压级 114
6.6.4 声压级的合成 115
6.6.5 声功率与声功率级 115
6.6.6 倍频程 116
6.6.7 噪声评价 116
6.6.8 风力发电机噪声的测量 117
6.6.9 风力发电机噪声产生的原因与噪声控制 119
第7章 风力提水 121
7.1 供需水调查与风轮直径的确定 121
7.1.1 供水调查 121
7.1.2 需水调查、计算提水所需能量 121
7.1.3 风轮直径的确定 122
7.2 各类泵的性能曲线及其与风轮特性的匹配 122
7.2.1 往复泵的性能曲线 122
7.2.2 回转式容积泵的性能曲线 123
7.2.3 叶片泵的性能曲线 124
7.2.4 风力机特性与水泵特性的匹配 125
7.3 风力提水机的结构 126
7.3.1 高扬程小流量风力提水机的结构 126
7.3.2 结构参数对起动风速的影响 126
7.3.3 活塞泵转矩的平稳性 127
7.3.4 抽水发电综合风能系统 128
7.4 多叶片风轮-活塞水泵设计算例 129
7.4.1 风轮直径和转速的确定 129
7.4.2 风轮叶片计算 129
7.4.3 10m扬程的活塞水泵设计 130
第8章 风力制热 131
8.1 风力制热的原理及其系统组成 131
8.1.1 流动流体的牛顿内摩擦定律 131
8.1.2 节流短管工作原理 132
8.1.3 风力制热工质的选择 133
8.2 风力制热的能量利用率 133
8.3 风力制热系统主要设备的技术参数 134
8.3.1 流体泵与风轮主要参数的确定 134
8.3.2 节流器的阻力特性 136
8.4 管件保温 137
8.4.1 保温计算 137
8.4.2 管道的热损失 137
8.5 风力制热实验装置及实验结果 138
第9章 风能存储 140
9.1 电池储能 140
9.2 水力蓄能 140
9.3 飞轮蓄能 141
9.4 压缩空气蓄能 142
9.4.1 常规压缩空气蓄能循环 143
9.4.2 电热冷联产压缩空气蓄能系统 144
9.5 热能存储 146
9.5.1 显热存储 147
9.5.2 相变蓄热 150
9.5.3 蓄冷技术 155
9.5.4 共晶盐相变蓄冷 157
9.6 氢能存储 157
9.6.1 氢的制取 158
9.6.2 氢的储存 158
参考文献 160