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