風(fēng)能利用技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《風(fēng)能利用技術(shù)》是《替代能源應(yīng)用技術(shù)叢書》中的一個分冊?！　∪珪卜?章。前5章在對風(fēng)能資源的統(tǒng)計、描述的基礎(chǔ)上分別介紹了風(fēng)力機的基本理論、水平軸風(fēng)力機的氣動與結(jié)構(gòu)設(shè)計、垂直軸式風(fēng)力機以及其他形式的風(fēng)力機。第6章到第8章分別講述了風(fēng)能利用的三種主要方式，即風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水與風(fēng)力制熱。第9章對風(fēng)能存儲的多種方法進行了詳細(xì)的介紹。　　《風(fēng)能利用技術(shù)》內(nèi)容突出實用性，可供風(fēng)能資源勘察、開發(fā)、工程設(shè)計部門在實際工作中使用，也可作為科研、高校相關(guān)專業(yè)本科生和研究生教學(xué)的參考用書。

書籍目錄

第1章風(fēng)能資源1 11風(fēng)的形成1 12風(fēng)向3 13風(fēng)速的測量3 131旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速表3 132壓力風(fēng)速表4 133熱線風(fēng)速儀6 134風(fēng)速表的標(biāo)定7 14風(fēng)速等級8 15太陽輻射與地球自轉(zhuǎn)——風(fēng)能源泉8 151大氣環(huán)流8 152太陽輻射引起的周期性變化 區(qū)域風(fēng)10 16地球表面風(fēng)能資源的分布12 17風(fēng)能資源的描述12 171風(fēng)廓線12 172年風(fēng)速時間曲線13 173年風(fēng)頻分布14 174紊流、陣風(fēng)與無風(fēng)期18 18地形與障礙物對風(fēng)能的影響20 181障礙物的影響20 182地形的影響21 183風(fēng)場選擇原則22 19理論可用風(fēng)能23 191風(fēng)能的計算23 192平均風(fēng)能密度23 193理論可用風(fēng)能的概念25 110有效可用風(fēng)能25 1101有效可用風(fēng)能的概念25 1102平均有效風(fēng)能密度26 111中國的風(fēng)能資源分布26 第2章風(fēng)力機的基本理論29 21貝茲理論29 22葉片的幾何形狀與空氣動力特性30 221葉片翼型的幾何定義30 222作用于運動葉片上的空氣動力31 23風(fēng)輪的空氣動力特性33 231風(fēng)輪的幾何定義與參數(shù)33 232葉素的空氣動力特性34 233風(fēng)輪的推力、力矩、功率和 效率的一般表達式35 24相似風(fēng)力機的特性35 241相似條件36 242相似結(jié)果37 243模型機試驗中的問題39 第3章水平軸風(fēng)力機的氣動設(shè)計41 31葉片數(shù)和風(fēng)輪直徑的確定41 311葉片數(shù)z的確定41 312風(fēng)輪直徑的確定42 32葉片翼型的選擇42 33葉素弦長和安裝角43 331簡化葉素動量理論43 332葛勞渥旋渦理論46 333水平軸風(fēng)力機氣動設(shè)計舉例53 334風(fēng)力機特性的預(yù)測計算56 第4章水平軸風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)設(shè)計58 41葉片58 411正常運轉(zhuǎn)中陣風(fēng)引起的彎曲 應(yīng)力58 412正常運轉(zhuǎn)中離心力引起的應(yīng)力59 413狂風(fēng)中迎風(fēng)靜止風(fēng)輪葉片上的 彎曲應(yīng)力60 414陀螺效應(yīng)60 415葉片振動61 416葉片的氣動彈性分析與結(jié)構(gòu) 阻尼61 417葉片翼型中心點的位置62 418葉片材料62 419葉片的熱脹、積水和雷擊保護63 4110空心葉片63 42輪轂64 43塔架65 431塔架高度65 432塔架靜動態(tài)特性的影響因素65 433塔架風(fēng)輪系統(tǒng)振動模態(tài)67 44機艙、齒輪傳動系統(tǒng)和剎車裝置68 441機艙68 442齒輪箱70 443剎車裝置71 45對風(fēng)裝置72 451風(fēng)輪的自動對風(fēng)73 452尾舵對風(fēng)73 453側(cè)輪對風(fēng)74 454電氣、液壓推動對風(fēng)74 46調(diào)速與功率調(diào)節(jié)裝置75 461調(diào)速裝置75 462功率、轉(zhuǎn)速功率的調(diào)節(jié)裝置77 第5章垂直軸式和其他形式的 風(fēng)力機84 51垂直軸風(fēng)力機84 511阻力型風(fēng)力機84 512阻力差型風(fēng)力機85 513升力型垂直軸風(fēng)力機87 52其他形式的風(fēng)力機90 521風(fēng)道式風(fēng)力機90 522與渦流發(fā)生器相結(jié)合的風(fēng)力機91 523熱氣流風(fēng)力機92 第6章風(fēng)力發(fā)電94 61風(fēng)力發(fā)電機的額定工況設(shè)計94 611風(fēng)輪與發(fā)電機的功率轉(zhuǎn)速 特性94 612年度發(fā)電量計算94 613功率調(diào)節(jié)方式對發(fā)電量、機組 重量及電價的影響95 62風(fēng)力發(fā)電主要電器設(shè)備96 621同步發(fā)電機96 622異步發(fā)電機97 623雙速異步發(fā)電機97 624低速交流發(fā)電機97 625變頻器97 626逆變器98 63風(fēng)力發(fā)電機的供電方式99 631直接并網(wǎng)99 632間接并網(wǎng)100 633離網(wǎng)供電101 64風(fēng)力發(fā)電機的運行和安全性103 641安全性方針103 642風(fēng)力發(fā)電機組的基本運行 過程106 65風(fēng)力發(fā)電機功率特性的測定108 651影響輸出功率特性的因素108 652測試儀器的精度及其標(biāo)定109 653測量數(shù)據(jù)的采集110 654測風(fēng)點與風(fēng)力發(fā)電機位置間的 關(guān)系110 655大氣溫度、壓力對密度的影響及 功率值向標(biāo)準(zhǔn)狀況的換算110 656風(fēng)湍流大小、風(fēng)向和風(fēng)梯度 變化的影響111 657雨雪、結(jié)冰、沙塵等對風(fēng)電機 功率的影響111 66風(fēng)力發(fā)電機的噪聲112 661聲波和噪聲112 662聲強與聲強級113 663聲壓與聲壓級114 664聲壓級的合成115 665聲功率與聲功率級115 666倍頻程116 667噪聲評價116 668風(fēng)力發(fā)電機噪聲的測量117 669風(fēng)力發(fā)電機噪聲產(chǎn)生的原因與 噪聲控制119 第7章風(fēng)力提水121 71供需水調(diào)查與風(fēng)輪直徑的確定121 711供水調(diào)查121 712需水調(diào)查、計算提水所需 能量121 713風(fēng)輪直徑的確定122 72各類泵的性能曲線及其與風(fēng)輪 特性的匹配122 721往復(fù)泵的性能曲線122 722回轉(zhuǎn)式容積泵的性能曲線123 723葉片泵的性能曲線124 724風(fēng)力機特性與水泵特性的 匹配125 73風(fēng)力提水機的結(jié)構(gòu)126 731高揚程小流量風(fēng)力提水機的 結(jié)構(gòu)126 732結(jié)構(gòu)參數(shù)對起動風(fēng)速的影響126 733活塞泵轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性127 734抽水發(fā)電綜合風(fēng)能系統(tǒng)128 74多葉片風(fēng)輪活塞水泵設(shè)計算例129 741風(fēng)輪直徑和轉(zhuǎn)速的確定129 742風(fēng)輪葉片計算129 74310m揚程的活塞水泵設(shè)計130 第8章風(fēng)力制熱131 81風(fēng)力制熱的原理及其系統(tǒng)組成131 811流動流體的牛頓內(nèi)摩擦定律131 812節(jié)流短管工作原理132 813風(fēng)力制熱工質(zhì)的選擇133 82風(fēng)力制熱的能量利用率133 83風(fēng)力制熱系統(tǒng)主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)134 831流體泵與風(fēng)輪主要參數(shù)的 確定134 832節(jié)流器的阻力特性136 84管件保溫137 841保溫計算137 842管道的熱損失137 85風(fēng)力制熱實驗裝置及實驗結(jié)果138 第9章風(fēng)能存儲140 91電池儲能140 92水力蓄能140 93飛輪蓄能141 94壓縮空氣蓄能142 941常規(guī)壓縮空氣蓄能循環(huán)143 942電熱冷聯(lián)產(chǎn)壓縮空氣蓄能 系統(tǒng)144 95熱能存儲146 951顯熱存儲147 952相變蓄熱150 953蓄冷技術(shù)155 954共晶鹽相變蓄冷157 96氫能存儲157 961氫的制取158 962氫的儲存158 參考文獻160

媒體關(guān)注與評論

前言我國是一個風(fēng)能資源極為豐富的國家，也是世界上最早以風(fēng)力提水、風(fēng)帆助航等方式開發(fā)利用風(fēng)能的國家之一。面對當(dāng)今人類社會大規(guī)模使用石油、煤炭、天然氣等常規(guī)不可再生能源所帶來的資源日益枯竭、環(huán)境不斷惡化的嚴(yán)峻形勢，節(jié)約能源消耗、提高能源利用效率，開發(fā)利用風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源和可再生能源等，是我國長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，也是我國建立經(jīng)濟穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展、資源節(jié)約、環(huán)境友好、人民生活幸福的和諧社會最重要的政策措施之一。由于現(xiàn)代風(fēng)能最主要的利用形式——風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展十分迅速，并且，限制風(fēng)能大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的主要因素——風(fēng)能利用成本在過去20年中有了大幅度下降，因此，它是21世紀(jì)最值得大力開發(fā)利用的可再生清潔能源。 風(fēng)能雖然數(shù)量豐富、分布廣泛，但其品位較低、儲存困難，還具有季節(jié)性、隨機性、時而無風(fēng)輕風(fēng)、時而狂風(fēng)大作等特點。因此，如何提高其利用效率、降低風(fēng)能利用設(shè)備的制造運行成本并確保機組的安全可靠運行，包含了大量復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)和工程實際問題。風(fēng)能利用所涉及的學(xué)科包括氣象學(xué)、空氣動力學(xué)、熱力學(xué)、機械學(xué)、材料學(xué)、固體力學(xué)、振動力學(xué)、電力電子技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、測試技術(shù)等。對于風(fēng)能利用這樣一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，其發(fā)展的動力既有利于各學(xué)科間的相互促進與滲透，也為在該領(lǐng)域內(nèi)深入鉆研、勇于探索的科技工程人員提供了有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)造、有所前進的機會與空間。 本書編寫的宗旨，一是突出風(fēng)能利用技術(shù)的機理與特性，便于讀者對問題做進一步研究與探討；二是在該技術(shù)涉及多學(xué)科交叉這一特點下，某些專題、學(xué)科內(nèi)容詳盡而另一些問題與學(xué)科內(nèi)容不得不簡略時，對二者予以兼顧；三是突出實用性，書中介紹了大量有代表性的應(yīng)用實例，并采用系統(tǒng)圖和結(jié)構(gòu)圖加以說明，還介紹了風(fēng)輪的氣動設(shè)計與風(fēng)力提水機的設(shè)計算例以利讀者參考。 本書在風(fēng)能資源的統(tǒng)計、描述基礎(chǔ)上介紹了風(fēng)力機的基本理論，水平軸風(fēng)力機的氣動與結(jié)構(gòu)設(shè)計，特殊形式的風(fēng)力機，風(fēng)能利用的三種主要方式——風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水與風(fēng)力制熱，以及風(fēng)能存儲的方法。其中有關(guān)風(fēng)輪特性預(yù)報、風(fēng)能流體升壓節(jié)流制熱、電熱冷聯(lián)產(chǎn)壓縮空氣蓄能等內(nèi)容包含了作者所做的一部分研究工作。 書中大量圖表的繪制工作由西安交通大學(xué)博士生趙知辛和碩士生郭中緯完成，對他們付出的巨大努力，在此表示衷心的感謝！ 由于編者水平所限，書中難免有疏漏和不足，歡迎讀者予以批評指正。 編著者 2007年2月序言胡錦濤主席在2004年中國科學(xué)院和中國工程院兩院院士大會上所作報告中明確指出“為了全面建設(shè)小康社會，不斷開創(chuàng)中國特色社會主義事業(yè)的新局面，我們必須大力推進科技進步和創(chuàng)新，進一步發(fā)揮科技對經(jīng)濟社會全面發(fā)展的關(guān)鍵性作用。我國人口多、資源人均占有量少的國情不會改變，不可再生資源儲量和可用量不斷減少的趨勢難以改變。從長遠(yuǎn)看，經(jīng)濟發(fā)展和人口、資源、環(huán)境的矛盾會越來越突出，可持續(xù)發(fā)展的壓力會越來越大。我們必須堅持依靠科技進步和創(chuàng)新，抓緊解決這些問題。要大力加強能源領(lǐng)域的科技進步和創(chuàng)新，提高我國資源，特別是能源和水資源的使用效率，減少資源浪費，尋找和開發(fā)替代資源，發(fā)展可再生資源，為建立節(jié)約型社會提供技術(shù)保證?！边@些都是當(dāng)前國家對我國廣大科技人員提出的殷切希望和要求。 自遠(yuǎn)古至未來，根據(jù)科技進步和資源開發(fā)，人類對能源應(yīng)用可依次分為四個時期，即柴薪時期、煤炭時期、石油天然氣時期和可持續(xù)發(fā)展能源時期。20世紀(jì)50年代后，世界已進入石油天然氣時期，而我國至今仍處于煤炭時期。我國一次能源的75%來源于煤炭，即使到2050年煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例也將高于50%，且能源利用率不高，因而造成環(huán)境污染，資源浪費。當(dāng)前，全球化石能源儲量已經(jīng)不多，以石油為例，其儲量只能維持60年左右。因此各國都在積極開發(fā)應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的替代能源，以便減輕目前的能源緊缺壓力和保證百余年后能逐步順利過渡到可持續(xù)發(fā)展能源時期。我國化石能源儲量并不豐富，根據(jù)2000年統(tǒng)計，我國煤炭人均占有量約為世界人均值的79%，石油為11%，天然氣僅為45%。因此，為了全面建設(shè)小康社會和經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，能源不足是一個亟需解決的關(guān)鍵問題。 我國太陽能、風(fēng)能、海洋能和地?zé)崮艿瓤沙掷m(xù)發(fā)展的替代能源資源豐富，但很少開發(fā)利用。根據(jù)2000年統(tǒng)計，這方面的能源消費僅占我國一次能源總消費量的012%。要使我國經(jīng)濟能持續(xù)發(fā)展，并在將來使我國能源結(jié)構(gòu)能順利過渡到可持續(xù)發(fā)展能源時期，就必須大力開發(fā)應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的替代能源。為了積極促進替代能源的發(fā)展，特編寫了這一套替代能源應(yīng)用技術(shù)叢書。第一批出版的本套叢書共四本，分別為《太陽能應(yīng)用技術(shù)》、《風(fēng)能利用技術(shù)》、《海洋能應(yīng)用技術(shù)》和《地?zé)崮荛_發(fā)與應(yīng)用技術(shù)》。每本著作均由知名專家根據(jù)國內(nèi)外近期科研成果和工程實踐執(zhí)筆編著，可供大專院校師生、科研院所和工礦企業(yè)相關(guān)人員應(yīng)用和參考。希望這套叢書的出版能對我國替代能源的開發(fā)和應(yīng)用有所裨益。限于作者水平，叢書中疏漏之處難免，敬請讀者批評指正。 中國工程院院士 200512

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本書是《替代能源應(yīng)用技術(shù)叢書》中的一個分冊。 全書共分9章。前5章在對風(fēng)能資源的統(tǒng)計、描述的基礎(chǔ)上分別介紹了風(fēng)力機的基本理論、水平軸風(fēng)力機的氣動與結(jié)構(gòu)設(shè)計、垂直軸式風(fēng)力機以及其他形式的風(fēng)力機。第6章到第8章分別講述了風(fēng)能利用的三種主要方式，即風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水與風(fēng)力制熱。第9章對風(fēng)能存儲的多種方法進行了詳細(xì)的介紹。 本書內(nèi)容突出實用性，可供風(fēng)能資源勘察、開發(fā)、工程設(shè)計部門在實際工作中使用，也可作為科研、高校相關(guān)專業(yè)本科生和研究生教學(xué)的參考用書。

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