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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