風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

前言

　　風(fēng)能作為一種可再生能源受到全球越來越多的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展、風(fēng)電裝機(jī)容量的高速增長(zhǎng)體現(xiàn)了國(guó)際社會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變遷、環(huán)境惡化、資源短缺挑戰(zhàn)的共識(shí)和行動(dòng)。自2003年開始，德國(guó)國(guó)際繼續(xù)教育與發(fā)展基金會(huì)（InWEnt）與中國(guó)西北工業(yè)大學(xué)合作，共同實(shí)施“中德風(fēng)力發(fā)電技術(shù)”聯(lián)合培訓(xùn)項(xiàng)目，旨在為中國(guó)風(fēng)電業(yè)的發(fā)展提供人才支持。截至2008年，共培訓(xùn)中國(guó)風(fēng)電技術(shù)人員400多人次，其中眾多的學(xué)員已經(jīng)成為中國(guó)風(fēng)電行業(yè)的骨干，為中國(guó)風(fēng)電業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。　　本書的3位編者是培訓(xùn)的主要教師。在培訓(xùn)中，本書的內(nèi)容是培訓(xùn)的基礎(chǔ)教材。同時(shí)，在培訓(xùn)過程中，結(jié)合最新的技術(shù)發(fā)展和教學(xué)實(shí)踐，編者對(duì)本書的內(nèi)容進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)充和完善?！　”緯奶攸c(diǎn)：　?。?）全面系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)涉及氣象、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、材料、力學(xué)、電學(xué)、電力電子、控制、接網(wǎng)以及規(guī)劃等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。3位作者專業(yè)各有側(cè)重，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，而且都為多年從事風(fēng)電的專家，因此，能夠全面系統(tǒng)地介紹各個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。　?。?）學(xué)術(shù)水平高。本書不僅深入地闡述了風(fēng)電技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，而且還包含作者最新的研究成果，例如，Schmitz理論與Glauert理論的比較、發(fā)電機(jī)的相似性準(zhǔn)則、傳動(dòng)系統(tǒng)扭振的相似準(zhǔn)則、風(fēng)力機(jī)控制率等內(nèi)容皆為新理論，目前在其他著作中未見表述。　?。?）實(shí)際數(shù)據(jù)、實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)豐富。書中包含豐富的風(fēng)電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)例、設(shè)計(jì)實(shí)例、設(shè)計(jì)參數(shù)范圍、不同實(shí)際機(jī)型的比較以及計(jì)算方法等，有助于讀者理解知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)?！　。?）圖表并茂，運(yùn)用恰當(dāng)。本書共有插圖約320幅，表格32個(gè)，配合正文，使讀者更加易于理解、易于掌握?！　”緯到y(tǒng)地介紹了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀，全面總結(jié)了風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)概念、不同結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，詳細(xì)闡述和分析了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)所涉及的測(cè)風(fēng)、風(fēng)場(chǎng)評(píng)估、風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理、風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)、偏載計(jì)算、相似準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、規(guī)范和認(rèn)證、電學(xué)基礎(chǔ)、控制理論、方案比較、風(fēng)電接網(wǎng)以及規(guī)劃、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性分析等各個(gè)方面的知識(shí)，其中包含了作者多年在風(fēng)電領(lǐng)域研究、研發(fā)的實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)。特別是風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相似性原理、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、接網(wǎng)以及規(guī)劃、運(yùn)行等方面的內(nèi)容可直接成為工程師的設(shè)計(jì)指南。本書章節(jié)相對(duì)獨(dú)立，不僅可用做高校能源與動(dòng)力專業(yè)的教材，而且也可作為風(fēng)電工程師們的指導(dǎo)手冊(cè)。

內(nèi)容概要

《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》系統(tǒng)地介紹了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀，全面總結(jié)了風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)概念、不同結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，詳細(xì)闡述和分析了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)所涉及的測(cè)風(fēng)、風(fēng)場(chǎng)評(píng)估、風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理、風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)、偏載計(jì)算、相似準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、規(guī)范和認(rèn)證、電學(xué)基礎(chǔ)、控制理論、方案比較、風(fēng)電接網(wǎng)以及規(guī)劃、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性分析等各個(gè)方面的知識(shí)，其中包括了作者多年來在風(fēng)電領(lǐng)域研究、研發(fā)的實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)。特別是風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相似性原理、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、接網(wǎng)以及規(guī)劃、運(yùn)行等方面的內(nèi)容，可直接成為工程師的設(shè)計(jì)指南.另外，書中包含大量的圖、表和數(shù)據(jù)，與正文相得益彰，有助于讀者理解和掌握。

作者簡(jiǎn)介

廖明夫，教授，1960年出生，1995年獲得西北工業(yè)大學(xué)和柏林工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士學(xué)位，1996年晉升為西北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力與能源學(xué)院教授。研究領(lǐng)域?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。1997年開始從事風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的科研和教學(xué)工作，與德國(guó)國(guó)際繼續(xù)教育與發(fā)展基金會(huì)合作，培養(yǎng)了數(shù)百名風(fēng)電技術(shù)人員。主持研制的“旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)”在多家企業(yè)獲得應(yīng)用。
R.Gasch教授（右），1936年出生，1972年聘為柏林工業(yè)大學(xué)宇航研究所教授。研究領(lǐng)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)和軌道機(jī)車動(dòng)力學(xué)。自1984年開始，在柏林工業(yè)大學(xué)開設(shè)“風(fēng)力發(fā)電技術(shù)”專業(yè)課程，在20多年的教學(xué)和科研中，培養(yǎng)了大批風(fēng)電技術(shù)專業(yè)人才。所取得的科研成果被編寫在若干教科書中。撰寫的專著《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》（Windkraftanlagen）于1991年出版后，對(duì)德國(guó)風(fēng)電業(yè)產(chǎn)生了很大影響，是德國(guó)風(fēng)電工程師人手一冊(cè)的指導(dǎo)書。自此之后，不斷把新的技術(shù)成果融入其中，改編出版了5版。其中第5版于2007年7月出版發(fā)行。
J.Twcle教授（左），1958年出生，1990年獲得柏林工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位（學(xué)位論文：《風(fēng)力泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)》）。1984年協(xié)助Gasch教授開設(shè)風(fēng)力發(fā)電課程，并參與撰寫《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》專著。1993年創(chuàng)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造公司——Suedwind，任總經(jīng)理，設(shè)計(jì)制造了300－500kW的風(fēng)力機(jī)，井在印度、德國(guó)裝機(jī)運(yùn)行。他具有豐富的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)，曾任德國(guó)風(fēng)電協(xié)會(huì)辦公室主任。2005年受聘為德國(guó)柏林技術(shù)學(xué)院教授，專門從事風(fēng)力發(fā)電和再生能源領(lǐng)域的教學(xué)和科研。業(yè)的教材使用，也可供風(fēng)電技術(shù)人員參考使用。

書籍目錄

第1章 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)
 1.1 風(fēng)電的發(fā)展
 1.2 能源和電力需求
 1.3 政府的能源政策
 1.4 技術(shù)發(fā)展
 參考文獻(xiàn)
第2章 風(fēng)能利用的歷史
 2.1 豎軸風(fēng)機(jī)
 2.2 水平軸風(fēng)機(jī)
 參考文獻(xiàn)
第3章 風(fēng)力機(jī)的基本理論
 3.1 風(fēng)功率
 3.2 阻力風(fēng)機(jī)
 3.3 升力風(fēng)機(jī)
 3.4 阻力風(fēng)機(jī)與升力風(fēng)機(jī)的比較
 參考文獻(xiàn)
第4章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
 4.1 葉輪
 4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)
 4.3 輔助機(jī)構(gòu)和特殊裝置
 4.4 塔架和地基
 4.5 制造與裝配
 4.6 風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)
 參考文獻(xiàn)
第5章 風(fēng)特性、風(fēng)功率和測(cè)風(fēng)
 5.1 風(fēng)的形成
 5.2 大氣邊界層
 5.3 風(fēng)功率、能量及載荷的評(píng)估計(jì)算
 5.4 測(cè)風(fēng)和數(shù)據(jù)評(píng)估
 參考文獻(xiàn)
第6章 Betz和schmitz理論
 6.1 風(fēng)含功率
 6.2 翼型理論
 6.3 氣體在旋翼的流動(dòng)及氣動(dòng)力
 6.4 Betz最佳設(shè)計(jì)
 6.5 損失
 6.6 考慮出風(fēng)旋轉(zhuǎn)時(shí)的Schmitz設(shè)計(jì)
 6.7 旋轉(zhuǎn)損失
 6.8 葉片設(shè)計(jì)中要考慮的因素
 6.9 總結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第7章 風(fēng)力機(jī)性能計(jì)算及偏載特性
 7.1 性能計(jì)算方法
 7.2 特性曲線的無量綱描述
 7.3 快速風(fēng)力機(jī)的特性曲線
 7.4 風(fēng)力機(jī)的特性場(chǎng)
 7.5 快速風(fēng)力機(jī)的變槳特性
 7.6 擴(kuò)展算法
 7.7 葉片基元法的局限和三維計(jì)算方法
 參考文獻(xiàn)
第8章 模擬原理及相似準(zhǔn)則
 8.1 相似理論的應(yīng)用
 8.2 彎曲應(yīng)力
 8.3 離心力在葉根產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力
 8.4 重力在葉根產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力
 8.5 葉片自振頻率和頻率比的變化
 8.6 氣動(dòng)阻尼
 8.7 發(fā)電機(jī)的放大原則
 8.8 放大原則在直驅(qū)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)?的應(yīng)用
 8.9 傳動(dòng)系統(tǒng)放大后的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)
 8.10 風(fēng)機(jī)的放大邊界
 參考文獻(xiàn)
第9章 風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)
 9.1 激振源
 9.2 風(fēng)力機(jī)的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)
 9.3 整機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真
 9.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
 參考文獻(xiàn)
第10章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證
 10.1 認(rèn)證
 10.2 驗(yàn)證
 10.3 驗(yàn)證實(shí)例：鋼筒塔架——單軸應(yīng)力狀態(tài)和各向同性材料
 10.4 輪轂多軸應(yīng)力狀態(tài)的校核——材料各向同性
 11.5 單軸應(yīng)力狀態(tài)和各向異性材料葉片的驗(yàn)證
 參考文獻(xiàn)
第11章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電學(xué)基礎(chǔ)
 11.1 交流電機(jī)
 11.2 交流電機(jī)、電機(jī)結(jié)構(gòu)和三相同步電機(jī)
 11.3 風(fēng)力機(jī)的大功率電子元件——整流器
 參考文獻(xiàn)
第12章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制和運(yùn)行
 12.1 對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)施加影響的可能性
 12.2 傳感器和作動(dòng)器
 12.2 控制器和控制系統(tǒng)
 12.4 變速變槳風(fēng)力機(jī)的控制律
 12.5 控制器的設(shè)計(jì)
 12.6 簡(jiǎn)單機(jī)械式控制的實(shí)例
 12.7 風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)的微分方程及其在工作點(diǎn)的線化
 參考文獻(xiàn)
第13章 風(fēng)力機(jī)的類型及應(yīng)用
 13.1 并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)
 13.2 獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)和島嶼風(fēng)力機(jī)
 13.3 互補(bǔ)風(fēng)力機(jī)
 參考文獻(xiàn)
第14章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在聯(lián)合電網(wǎng)上的運(yùn)行
 14.1 聯(lián)合電網(wǎng)
 14.2 聯(lián)合電網(wǎng)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
 參考文獻(xiàn)
第15章 風(fēng)場(chǎng)規(guī)劃、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性分析
 15.1 風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與立項(xiàng)
 15.2 建設(shè)和運(yùn)行
 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　氣候變遷、環(huán)境惡化、資源短缺已經(jīng)成為人類生存和發(fā)展的挑戰(zhàn)，而發(fā)展包括風(fēng)能在內(nèi)的可再生能源則是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的重要策略。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展和風(fēng)電裝機(jī)容量的高速增長(zhǎng)體現(xiàn)了眾多國(guó)家的共識(shí)和行動(dòng)。本章將概括地介紹近年來風(fēng)電的發(fā)展?fàn)顩r，從市場(chǎng)的急劇增加和風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增大闡述風(fēng)力發(fā)電的動(dòng)因和由此所帶來的效應(yīng)。風(fēng)能既是可再生能源，又是"政策性能源"，即風(fēng)能利用的規(guī)模和水平取決于國(guó)家的宏觀目標(biāo)。本章將以中國(guó)、德國(guó)等國(guó)家為例，說明制定合適的政策、法規(guī)對(duì)風(fēng)電的發(fā)展會(huì)起到?jīng)Q定性的推動(dòng)作用?！　?.1風(fēng)電的發(fā)展　　如圖1.1所示，在過去的20多年中，系列風(fēng)力機(jī)的直徑和額定功率快速增加。例如，在1983年，一臺(tái)風(fēng)力機(jī)的直徑為15m，發(fā)電機(jī)功率為55kW；而到了2005年，直徑為90m，功率為2500kW的風(fēng)力機(jī)已成為成熟的批產(chǎn)機(jī)型；直徑為126m，功率為5000kW的樣機(jī)已在試運(yùn)行之中。此時(shí)，風(fēng)力機(jī)的可利用率達(dá)到了97％，甚至更高.簡(jiǎn)而言之，在很短的時(shí)間之內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到高速發(fā)展，并且獲得了大規(guī)模的應(yīng)用，形成了具有影響力的能源產(chǎn)業(yè)?！　?986年中國(guó)在山東榮成建成第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝了3臺(tái)55kw的風(fēng)電機(jī)組。自此之后，在全國(guó)各地陸續(xù)建設(shè)了一批風(fēng)電場(chǎng)。

編輯推薦

　　《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》可作為能源與動(dòng)力專業(yè)的教材使用，也可供風(fēng)電技術(shù)人員參考使用。

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