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 2
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 7
1.2.3风能密度计算方法 7
1.2.4地球上风能资源分布 7
1.2.5我国风能资源分区 9
1.2.6风能的三级区划指标体系 11
1.2.7风资源描述的基本理论 12
1.3风电场选址 22
1.3.1风电场选址的技术原则 22
1.3.2风电场现场位置选择对策 23
1.4风电场风能资源评估 25
1.4.1风电场风能资源测量方法 25
1.4.2风电场风能资源评估方法 27
第2章 风能发电 31
2.1风力机的型式 31
2.1.1水平轴式风力发电装置 32
2.1.2垂直轴式风力机 33
2.2风能发电 34
2.3并网风力发电的价值分析 36
2.3.1并网风力发电的价值分析 36
2.3.2风电项目可行性研究 38
2.4风力发电装置 38
2.4.1风轮 38
2.4.2调速器和限速装置 39
2.4.3调向装置 41
2.4.4传动机构 41
2.4.5塔架 42
2.5大中型风电场设计 42
2.5.1风力资源评估所需的基本资料 42
2.5.2风力发电场址的选择 42
2.5.3风力发电机组选型和布置 44
2.5.4风力发电机布置和风能计算 45
2.5.5风力发电机基础 46
2.5.6风力发电场的经济效益和社会效益评价 47
2.6风力发电设备的优化分析 48
2.6.1优化选型因素分析 48
2.6.2财务预测结果 49
2.7风力机安全运行 50
2.7.1风力机运行流程 50
2.7.2正常运行过程 51
2.7.3运行安全性 53
2.7.4安全性方针 53
2.7.5风力机载荷设计 54
2.7.6风轮机与航空安全问题 55
第3章 风力发电技术 56
3.1功率调节 56
3.1.1定桨距失速调节 56
3.1.2变桨距角调节 56
3.1.3混合调节 58
3.2变转速运行 58
3.2.1影响风力机功率的因素 58
3.2.2变转速运行的特点 59
3.3发电机变转速/恒频技术 59
3.3.1并网运行风力机频率恒定问题 59
3.3.2变转速/恒频风力机用发电机 61
3.4风轮机迎风技术 61
3.4.1风轮机风向跟踪原理 61
3.4.2风轮机风向跟踪方法 62
3.5风电品质 62
3.5.1风力机改善风电品质的方法 62
3.5.2发电机和电网接口功能 62
3.6风力机结构和空气动力学 63
3.6.1风力机结构设计 63
3.6.2风力机气动力学设计 63
3.7风力机控制技术 63
3.7.1风力发电系统模型描述 63
3.7.2风力发电系统自适应控制器 64
3.7.3风力发电系统模糊控制 64
第4章 风力机设计规范 65
4.1风力机整机设计规范 65
4.1.1风力发电机组整机技术要求 65
4.1.2其他环境条件 66
4.1.3电网条件 67
4.2风轮机叶片、轮毂设计规范 67
4.2.1叶片设计要求 67
4.2.2叶片设计规范 67
4.2.3轮毂设计 68
4.3风轮机叶片设计 69
4.3.1设计要求 69
4.3.2环境适应性 70
4.3.3安全和环保 71
4.3.4叶片材料要求 71
4.4风轮机叶片试验、验收规范 73
4.4.1试验方法 73
4.4.2检验规则及验收 77
4.4.3叶片的标志和使用维护说明书 78
4.4.4叶片包装、贮存、运输 78
第5章 风轮机设计 79
5.1风轮机的基本理论 79
5.1.1风性能描述 79
5.1.2风能和风的能量密度 80
5.1.3风能利用系数 81
5.1.4风轮机的桨叶设计 82
5.1.5风轮机的空气动力特性 84
5.2风力机设计要求 85
5.2.1风力机设计安全等级 85
5.2.2一般等级风力机的安全系数和强度分析 86
5.2.3风力机设计要求 88
5.2.4风力机整机技术要求 106
5.2.5齿轮箱技术要求 107
5.2.6塔架技术要求 107
5.2.7风轮叶片技术要求 108
5.3风轮机工程设计 112
5.3.1风轮机工程设计方法 112
5.3.2风力机的各种设计方案 116
5.4风轮机优化设计 117
5.4.1风轮机优化设计原理 117
5.4.2风轮机优化设计举例 118
5.5风轮机模化设计 121
5.5.1风轮机模型及特性 121
5.5.2风轮机模化设计方法 121
5.6风轮机工程设计图例 122
5.7风轮机的设计与制造 123
5.7.1功率设计 124
5.7.2风轮设计 129
5.7.3齿轮箱和刹车机构 135
5.7.4电器系统和发电系统设计 137
5.7.5机舱和对风控制 140
5.7.6塔架设计 143
5.7.7弹性体系统动态振动设计 145
5.7.8功率和转速调节 147
5.7.9风力机成本分析 154
5.8风轮机材料 155
5.8.1风轮机用材料 155
5.8.2各种风轮机材料 157
5.9风力机设计风速问题 159
5.9.1设计风速问题 159
5.9.2风电场优化 161
第6章 风轮机和风电场数值计算 164
6.1风电场数值模型 164
6.1.1流体力学的控制方程 164
6.1.2守恒形式的控制方程组 164
6.1.3补充方程 166
6.1.4边界条件 166
6.1.5控制方程离散-有限差分法 166
6.2风轮机设计软件 168
6.2.1软件计算举例 168
6.2.2计算结果及分析 169
6.3风电场数值计算软件包 171
6.3.1典型风电场数值计算软件包 171
6.3.2 Bladed软件包计算功能 171
6.4风力机设计软件包的开发 174
6.4.1风力发电机设计软件包 174
6.4.2软件包模块和数据库 174
6.4.3风力机空气动力学研究 175
6.4.4风力机动态测试方法的研究 176
6.4.5储能方法的研究 176
6.4.6小型风电场规划方法的研究 177
6.5风力机可靠性数值研究 177
6.5.1风力机在恶劣环境下的可靠性研究 177
6.5.2风力机抗台风设计 181
第7章 大型风力机设计 184
7.1 250～1200kW风力机系列 184
7.1.1 S系列风力机技术参数 184
7.1.2 NA系列风力机技术参数 185
7.2 1000kW级风力机设计 186
7.2.1 FD60A型风力机设计 186
7.2.2 V52-850kW风力机设计 200
7.2.3 1200kW级风力机设计 201
7.3 1500kW级风力机设计 202
7.3.1 FD70A/FD77A风力机设计 202
7.3.2 S70/S77风力机设计 209
7.3.3 V82-1650kW风力机设计 212
7.4 2000kW级风力机设计 214
7.4.1 R82/2000kW风力机设计 214
7.4.2 V90-1800/2000kW风力机设计 215
7.4.3 V80-2000kW风力机设计 217
7.5 2500kW级风力机设计 219
7.5.1 FD90/2500kW型风力机设计 219
7.5.2 N80、N90风力机设计 223
7.6 3000kW级风力机设计 226
7.6.1 W90/3000kW风力机设计 226
7.6.2 V90-1-3000kW风力机设计 226
7.6.3 V112-1-3000kW风力机设计 228
7.7 5000kW级风力机设计 229
7.7.1 FC/5000/126-136风力机设计 229
7.7.2 R-5M风力机设计 232
7.7.3 R系列大型风力机 233
7.8超大型风力发电机设计 235
7.8.1西门子6.0MW海上风力发电机 235
7.8.2三菱重工7 MW海上风力发电机 236
7.8.3美国超导10MW海上风力发电机 236
7.8.4超大型风力发电机概念设计 237
7.9我国大型风力发电机组发展趋势 239
第8章 风力机发电系统 242
8.1风力机对发电系统的一般要求 242
8.1.1风力机发电系统的特殊性 242
8.1.2一般要求 242
8.2恒速/恒频发电机系统 242
8.2.1同步发电机 243
8.2.2感应发电机 243
8.3变速/恒频发电机系统 245
8.3.1不连续变速系统 245
8.3.2连续变速系统 246
8.4小型直流发电系统 248
8.4.1交流永磁发电机 248
8.4.2无刷爪极自励发电机 249
第9章 特殊用途风力机设计 250
9.1海上用风力机设计 250
9.1.1近海风电场技术 251
9.1.2浅海风电场投资概算 256
9.1.3海上风力发电技术 257
9.1.4漂浮式海上风电场 259
9.1.5海上风力机 260
9.2低温地区风力机设计 266
9.2.1低温环境对风力发电机组的影响 266
9.2.2低温对风轮机叶片的影响 268
9.3高原高寒地区风力机设计 269
9.3.1高原环境空气密度对风力发电的影响 269
9.3.2高原环境大气温度对风力发电的影响 269
9.3.3高原雷暴的影响 270
9.3.4其他因素的影响 270
9.3.5高原风力机设计改进措施 271
9.4免齿轮箱式直接驱动型风力机设计 272
9.4.1直接驱动式风力机原理 272
9.4.2变速直驱永磁发电机控制系统 274
9.4.3离网型低速永磁发电机 278
9.4.4直接驱动型风力机组 280
9.5太阳能烟囱热能风力发电系统 282
9.5.1太阳能发电技术 282
9.5.2太阳能烟囱热能风力发电系统 284
9.5.3热能风力涡轮机与风力机 285
9.5.4太阳能烟囱发电系统工程计算方法 289
9.5.5热能风力涡轮机设计 292
9.5.6太阳能烟囱电厂热能风力涡轮机方案 293
第10章 垂直轴风力机 295
10.1概述 295
10.1.1垂直轴风力机 295
10.1.2垂直轴风力机结构特点 297
10.1.3升力型垂直轴风力机气动原理 298
10.1.4垂直轴风力机叶片设计 300
10.1.5垂直轴风力机与水平轴风力机比较 301
10.2达里厄风轮叶片型线设计 303
10.2.1风轮Troposkien曲线方程 303
10.2.2风轮Troposkien曲线设计 305
10.3达里厄风轮气动性能计算模型 306
10.3.1单流管模型 307
10.3.2多流管模型 308
10.3.3双向多流管模型 310
10.4达里厄风力机设计 315
10.4.1风轮设计 315
10.4.2结构设计 316
10.4.3 500kW垂直轴风力发电机设计 317
10.4.4兆瓦级垂直轴风力机设计参数 319
10.4.5垂直轴风力机典型设计数据 319
10.5垂直轴风力机的应用和发展 325
10.5.1垂直轴风力机的应用 325
10.5.2垂直轴风力机的缺点 328
10.5.3达里厄风力机设计发展趋势 329
10.5.4垂直轴风力机发展对策 333
附录 334
附录1 风力等级和风压计算 334
附录2 小型风力机技术数据 335
附录3 风力机技术术语规范和定义 336
附录4 风力发电装置国家和国际标准 344
附图1 中国风能分布图 345
附图2 风速大于3m/s的有效风功率密度分布图 346
附图3 中国全年风速大于3m/s的小时数分布图 346
参考文献 347