第1章 风 1
1.1 风的形成 1
1.2 地球的气压带和风带 1
1.2.1 气压带 1
1.2.2 风带 2
1.3 影响风的因素 3
1.3.1 气压 3
1.3.2 地球偏转力 3
1.3.3 季风 4
1.3.4 海陆风 4
1.3.5 山谷风 5
1.4 描述风的参数 6
1.4.1 风向的测量与表示方法 6
1.4.2 风速的测量与表示方法 7
1.4.3 风速与风级 7
思考题 8
第2章 风能资源 9
2.1 人类早期风能利用史 9
2.2 理论可用风能 10
2.3 有效可用风能 11
2.4 世界风能资源分布 11
2.5 我国风能资源分布 14
思考题 16
第3章 风能的利用 17
3.1 一般用途 17
3.1.1 风帆助航 17
3.1.2 清选谷物 18
3.1.3 风力提水 19
3.1.4 风能制热 21
3.2 风力发电 22
3.2.1 风力发电的历史进程 22
3.2.2 风力机的类型 24
3.2.3 国内外风力发电的发展 25
3.2.4 国内外风力发电政策 28
思考题 30
第4章 水平轴风力机的空气动力学 31
4.1 概述 31
4.2 风力机特征系数 31
4.3 风能转化过程 35
4.4 致动盘 36
4.5 风轮圆盘理论 38
4.6 叶素理论 39
4.7 叶片设计 41
4.7.1 概述 41
4.7.2 叶片设计的方向 42
4.7.3 变速运行时的优化设计 44
4.7.4 实际叶片设计 45
4.7.5 阻力对最佳叶片设计的影响 46
4.7.6 恒速运行时的最佳叶片设计 47
4.8 翼型的升力与阻力 47
4.8.1 升力和阻力的产生 47
4.8.2 翼型 48
4.8.3 翼型的升力与阻力特性 50
思考题 52
第5章 水平轴风力机的特性 53
5.1 特性曲线 53
5.1.1 概述 53
5.1.2 CP－λ功率特性曲线 53
5.1.3 叶片实度对功率特性的影响 53
5.1.4 CQ－λ力矩曲线 55
5.1.5 CT－λ推力曲线 55
5.2 荷载分析 57
5.2.1 概述 57
5.2.2 荷载分类 57
5.2.3 重力荷载 58
5.2.4 惯性荷载 60
5.2.5 气动荷载 62
5.2.6 运行荷载 63
思考题 64
第6章 水平轴风力机的整体设计 65
6.1 概述 65
6.2 风力机的直径 65
6.2.1 成本模型 65
6.2.2 基准机型 66
6.2.3 成本模型实例分析 66
6.3 风力机的功率 68
6.3.1 风力机容量的简化优化模型 68
6.3.2 最佳额定风速与年平均风速的关系 70
6.4 风轮转速 71
6.5 叶片数量 72
6.5.1 风轮转速与实度的理想关系 72
6.5.2 最佳风轮转速 72
6.5.3 噪声限制对风轮转速的影响 72
6.5.4 视觉考虑 73
6.5.5 叶片数目 73
6.6 功率调节 75
6.6.1 被动失速调节 75
6.6.2 主动变桨距调节 76
6.6.3 被动变桨距调节 78
6.6.4 主动失速调节 78
6.6.5 偏航调节 79
6.7 制动系统 79
6.7.1 空气动力制动 79
6.7.2 机械制动 80
6.7.3 停机和空转比较 81
6.8 恒速、双速或变速方案 81
6.8.1 恒速方案 81
6.8.2 双速方案 81
6.8.3 变速方案 82
6.9 风轮相对于塔架的位置 82
6.9.1 上风向布置 83
6.9.2 下风向布置 83
6.10 塔架的刚度 83
思考题 84
第7章 水平轴风力机的零部件及辅助系统 85
7.1 风力机的整体结构 85
7.2 叶片 85
7.2.1 空气动力设计 86
7.2.2 叶片内部结构 87
7.2.3 叶片材料 87
7.2.4 叶片制造工艺 89
7.2.5 叶片防雷结构 90
7.2.6 叶片根部的固定 90
7.3 变桨轴承 91
7.4 轮毂 93
7.5 齿轮箱 93
7.5.1 齿轮箱的分类 93
7.5.2 风力发电机组用齿轮箱 94
7.6 发电机 95
7.6.1 发电机的基本工作原理 95
7.6.2 发电机的分类 96
7.6.3 风力发电用发电机的特殊性 97
7.6.4 常用风力发电用发电机 97
7.7 制动器 99
7.8 偏航系统 100
7.9 塔架 101
7.10 基础 102
思考题 103
第8章 垂直轴风力机 104
8.1 概述 104
8.2 阻力型垂直轴风力机 104
8.2.1 阻力的产生 104
8.2.2 基本工作原理 105
8.2.3 特点 107
8.2.4 用途 107
8.3 升力型垂直轴风力机 108
8.4 垂直轴风力机的关键参数及存在的问题 110
8.4.1 关键参数 110
8.4.2 存在的问题 111
8.5 水平轴和垂直轴风力机的比较 111
思考题 113
第9章 风力发电系统 114
9.1 系统组成 114
9.1.1 机械装置 114
9.1.2 控制系统 115
9.1.3 电气系统 117
9.2 风力发电系统运行方式 119
9.2.1 离网运行 119
9.2.2 并网运行 119
9.3 风能的储存 120
9.3.1 电池储能 120
9.3.2 飞轮储能 120
9.3.3 抽水储能 121
9.3.4 压缩空气储能 121
9.3.5 电解水制氢储能 122
9.3.6 超导储能 123
9.4 风光互补系统 124
9.5 风水互补系统 125
思考题 125
第10章 风电场 126
10.1 风电场前期工作 126
10.1.1 风电场宏观选址 126
10.1.2 风电场的测风 127
10.1.3 风电场的规划 128
10.1.4 风电场预可行性研究报告和可行性研究报告 128
10.1.5 风电场微观选址 129
10.2 海上风电场 130
10.2.1 海上风电场的发展 131
10.2.2 海上风电场关键技术 132
思考题 136
第11章 风力发电的经济性分析 137
11.1 容量系数与年发电量 137
11.2 发电成本 139
11.3 风力发电的环境价值 140
11.3.1 火力发电与风力发电对环境的影响 140
11.3.2 污染物环境价值标准 140
11.3.3 风力发电的环境价值分析 141
11.4 风力发电的经济性分析 142
11.4.1 风力发电实际成本状况分析 142
11.4.2 火力发电成本 143
11.4.3 火力发电综合成本 144
11.5 碳交易 144
11.5.1 交易基本原理 144
11.5.2 机制 145
11.5.3 低碳经济 145
思考题 146
第12章 风力发电的展望 147
12.1 风力发电的奇思妙想 147
12.1.1 人造龙卷风发电 147
12.1.2 全永磁悬浮风力发电机 148
12.1.3 利用风筝发电 148
12.1.4 高楼大厦之间的风力发电 150
12.1.5 太阳能烟囱热能风力发电 150
12.1.6 多转子风力发电机 152
12.1.7 无叶片风力发电机 154
12.2 风力发电的未来主要课题 155
12.2.1 风力制氢 155
12.2.2 智能电网 157
思考题 157
参考文献 159