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 3
1.2 风能 5
1.2.1 21世纪的最主要能源 5
1.2.2 风能密度 8
1.2.3 风能密度计算方法 8
1.2.4 地球上风能资源分布 9
1.2.5 我国风能资源分区 11
1.2.6 风能的三级区划指标体系 12
1.2.7 风资源描述的基本理论 14
1.3 风电场选址 25
1.3.1 风电场选址的技术原则 26
1.3.2 风电场现场位置选择对策 27
1.4 风电场风能资源评估 28
1.4.1 风电场风能资源测量方法 28
1.4.2 风电场风能资源评估方法 31
第2章 风能发电 36
2.1 风力机的型式 36
2.1.1 水平轴式风力发电装置 37
2.1.2 垂直轴式风力机 38
2.2 风能发电 39
2.3 并网风力发电的价值分析 41
2.3.1 并网风力发电的价值分析 41
2.3.2 风电项目可行性研究 43
2.4 风力发电装置 44
2.4.1 风轮 44
2.4.2 调速器和限速装置 45
2.4.3 调向装置 47
2.4.4 传动机构 48
2.4.5 塔架 48
2.5 大中型风电场设计 48
2.5.1 风力资源评估所需的基本资料 48
2.5.2 风力发电场址的选择 49
2.5.3 风力发电机组选型和布置 50
2.5.4 风力发电机布置和风能计算 52
2.5.5 风力发电机基础 53
2.5.6 风力发电场的经济效益和社会效益评价 54
2.6 风力发电设备的优化分析 55
2.6.1 优化选型因素分析 55
2.6.2 财务预测结果 57
2.7 风力机安全运行 58
2.7.1 风力机运行流程 58
2.7.2 正常运行过程 59
2.7.3 运行安全性 61
2.7.4 安全性方针 62
2.7.5 风力机载荷设计 62
2.7.6 风轮机与航空安全问题 63
第3章 风力发电技术 65
3.1 功率调节 65
3.1.1 定桨距失速调节 65
3.1.2 变桨距角调节 67
3.1.3 混合调节 67
3.2 变转速运行 67
3.2.1 影响风力机功率的因素 67
3.2.2 变转速运行的特点 68
3.3 发电机变转速／恒频技术 69
3.3.1 并网运行风力机频率恒定问题 69
3.3.2 变转速／恒频风力机用发电机 70
3.4 风轮机迎风技术 71
3.4.1 风轮机风向跟踪原理 71
3.4.2 风轮机风向跟踪方法 71
3.5 风电品质 72
3.6 风力机结构和空气动力学 72
3.7 风力机控制技术 73
第4章 风轮机设计 75
4.1 风轮机的基本理论 75
4.1.1 风性能描述 75
4.1.2 风能和风的能量密度 76
4.1.3 风能利用系数 77
4.1.4 风轮机的桨叶设计 79
4.1.5 风轮机的空气动力特性 81
4.2 风力机设计要求 82
4.2.1 风力机设计安全等级 82
4.2.2 一般等级风力机的安全系数和强度分析 83
4.2.3 风力机设计要求 85
4.2.4 风力机整机技术要求 106
4.2.5 齿轮箱技术要求 107
4.2.6 塔架技术要求 108
4.2.7 风轮叶片技术要求 109
4.3 风轮机工程设计 113
4.3.1 风轮机工程设计方法 113
4.3.2 风力机的各种设计方案 118
4.4 风轮机优化设计 119
4.4.1 风轮机优化设计原理 119
4.4.2 风轮机优化设计举例 120
4.5 风轮机模化设计 123
4.5.1 风轮机模型及特性 123
4.5.2 风轮机模化设计方法 124
4.6 风轮机工程设计图例 124
4.7 风轮机的设计与制造 128
4.7.1 功率设计 128
4.7.2 风轮设计 132
4.7.3 齿轮箱和刹车机构 140
4.7.4 电器系统和发电系统设计 142
4.7.5 机舱和对风控制 146
4.7.6 塔架设计 149
4.7.7 弹性体系统动态振动设计 151
4.7.8 功率和转速调节 155
4.7.9 风力机成本分析 162
4.8 风轮机材料 162
4.8.1 风轮机用材料 162
4.8.2 各种风轮机材料 165
4.9 风力机设计风速问题 167
4.9.1 设计风速问题 167
4.9.2 风电场优化 170
第5章 风轮机和风电场数值计算 173
5.1 风电场数值模型 173
5.1.1 流体力学的控制方程 173
5.1.2 守恒形式的控制方程组 174
5.1.3 补充方程 175
5.1.4 边界条件 175
5.1.5 控制方程离散-有限差分法 175
5.2 风轮机设计软件 177
5.2.1 软件计算举例 177
5.2.2 计算结果及分析 178
5.3 风电场数值计算软件包 181
5.3.1 典型风电场数值计算软件包 181
5.3.2 Bladed软件包计算功能 182
5.4 风力机设计软件包的开发 185
5.4.1 风力发电机设计软件包 185
5.4.2 软件包模块和数据库 185
5.4.3 风力机空气动力学研究 185
5.4.4 风力机动态测试方法的研究 186
5.4.5 储能方法的研究 187
5.4.6 小型风电场规划方法的研究 188
5.5 风力机可靠性数值研究 188
5.5.1 风力机在恶劣环境下的可靠性研究 188
5.5.2 风力机抗台风设计 192
第6章 大型风力机设计 196
6.1 250～1200kW风力机系列 196
6.1.1 S系列风力机技术参数 196
6.1.2 NA系列风力机技术参数 197
6.2 1000kW级风力机设计 198
6.2.1 FD60A型风力机设计 198
6.2.2 V52-850kW风力机设计 214
6.2.3 1200kW级风力机设计 216
6.3 1500kW级风力机设计 217
6.3.1 FD70A/FD77A风力机设计 217
6.3.2 S70/S77风力机设计 224
6.3.3 V82-1650kW风力机设计 228
6.4 2000kW级风力机设计 231
6.4.1 R82/2000kW风力机设计 231
6.4.2 V90-1800/2000kW级风力机设计 233
6.4.3 V80-2000kW风力机设计 235
6.5 2500kW级风力机设计 237
6.5.1 FD90/2500kW型风力机设计 237
6.5.2 N80、N90风力机设计 241
6.6 3000kW级风力机设计 245
6.6.1 W90/3000kW风力机设计 245
6.6.2 V90-1-3000kW风力机设计 245
6.6.3 V112-1-3000kW风力机设计 247
6.7 5000kW级风力机设计 249
6.7.1 FC/5000/126-136风力机设计 249
6.7.2 R-5M风力机设计 251
6.7.3 R系列大型风力机 253
第7章 风力机发电系统 255
7.1 风力机对发电系统的一般要求 255
7.1.1 风力机发电系统的特殊性 255
7.1.2 一般要求 255
7.2 恒速／恒频发电机系统 256
7.2.1 同步发电机 256
7.2.2 感应发电机 256
7.3 变速／恒频发电机系统 258
7.3.1 不连续变速系统 258
7.3.2 连续变速系统 259
7.4 小型直流发电系统 262
7.4.1 交流永磁发电机 262
7.4.2 无刷爪极自励发电机 263
第8章 特殊用途风力机设计 264
8.1 海上用风力机设计 264
8.1.1 近海风电场技术 266
8.1.2 浅海风电场投资概算 272
8.1.3 海上风力发电技术 273
8.1.4 漂浮式海上风电场 275
8.1.5 海上风力机 277
8.2 低温地区风力机设计 283
8.2.1 低温环境对风力发电机组的影响 283
8.2.2 低温对风轮机叶片的影响 284
8.3 高原高寒地区风力机设计 286
8.3.1 高原环境空气密度对风力发电的影响 286
8.3.2 高原环境大气温度对风力发电的影响 287
8.3.3 高原雷暴的影响 287
8.3.4 其他因素的影响 288
8.3.5 高原风力机设计改进措施 288
8.4 免齿轮箱式直接驱动型风力机设计 290
8.4.1 直接驱动式风力机原理 290
8.4.2 变速直驱永磁发电机控制系统 292
8.4.3 离网型低速永磁发电机 297
8.4.4 直接驱动型风力机组 299
附录 302
附录一 风力等级和风压计算 302
附录二 小型风力机技术数据 303
附录三 叶轮式风力机技术术语标准定义（GB 8974-88） 304
附录四 风力发电装置国家和国际标准 308
附图1 中国风能分布图 310
附图2 风速大于3m/s的有效风功率密度分布图 310
附图3 中国全年风速大于3m/s的小时数分布图 311
参考文献 312