風力機技術

譯者序 原書序 前言 第1章風力機技術發(fā)展概述 1.1引言 1.2可替代性能源的主要優(yōu)點和缺點 1.3風力發(fā)電技術的優(yōu)點和缺點 1.3.1優(yōu)點 1.3.2缺點 1.3.3風力機安裝要求 1.3.4舊風電場的改造以提高現(xiàn)存風力機的輸出功率 1.4世界風力機安裝情況 1.4.1丹麥 1.4.2德國 1.4.3中國 1.4.4美國 1.4.5加拿大 1.4.6比利時和荷蘭 1.4.7英國 1.4.8法國 1.4.9俄羅斯 1.4.10意大利 1.4.11早期的風力機發(fā)展小結 1.5風力機運行原理 1.6風力機的分類 1.6.1公用電網風力機 1.6.2公用電網風力機和風電場的成本回收期 1.6.3小規(guī)模風力機 1.6.4小型風力機部件的成本估算 1.6.52009年5kW風力機的安裝成本 1.6.6風力機及塔架安裝公司 1.6.7小型風力機的潛在應用 1.6.8中等規(guī)模風力機 1.7風電場開發(fā)商 1.7.1風電場經銷商 1.7.2可再生能源專業(yè)人員 1.8設計配置 1.8.1離網功能的家用設計配置 1.8.2并網和儲能功能的家用風力機配置 1.8.3并網和無電池運行的家用風力機配置 1.8.4風光互補的風力發(fā)電機組設計 1.8.5雙重用途的緊湊型風力機和能源系統(tǒng) 1.8.6關鍵的電氣部件 1.9獨具特色的新一代風力機 1.9.1螺旋風力機 1.9.2海上風力機的運行 1.9.3基于噴氣發(fā)動機的風力機 1.9.4垂直軸風力機 1.9.5漂浮式海上風力機 1.10美國典型的風力估價 1.11小結 參考文獻 第2章風力機設計方面和性能要求 2.1引言 2.2風力機類型 2.2.1風車型風力機 2.2.2農場型與荷蘭型風力機 2.3現(xiàn)代風力機 2.3.1水平軸風力機（HAWT） 2.3.2垂直軸風力機（VAWT） 2.3.3垂直軸風力機的工作要求 2.3.4垂直軸風力機的優(yōu)缺點 2.3.5垂直軸風力機的運行難題 2.3.6預測達里厄風力機性能的簡化程序 2.3.7理解垂直軸風力機的流動現(xiàn)象 2.3.8早期歐洲的風力機 2.4非設計工況性能 2.4.1關鍵設計問題 2.4.2設計與運行參數(shù)偏差的影響 2.4.3升力和阻力系數(shù)對最大功率系數(shù)的影響 2.4.4性能提升方案 2.5最大風能捕獲技術 2.5.1葉片與角度參數(shù)對性能的影響 2.5.2獲得高功率系數(shù)的技術 2.5.3最佳性能對安裝地點的要求 2.5.4風能基本特性 2.5.5全球大型風力機的裝機容量 2.6特定風力機安裝地點的年風能捕獲量 2.6.1長期捕獲風能的要求 2.6.2風速對風能密度的影響 2.6.3每年、每小時的風力機的能量捕獲 2.6.4S形風輪垂直軸風力機的能量積分 2.6.5運用高風速的渦流 2.6.6最大功率系數(shù)與出口壓力系數(shù)和擾動系數(shù)的函數(shù)關系 2.6.7功率系數(shù)的計算 2.7可利用風能的年小時數(shù)評估 2.7.1使用經驗法評估年小時數(shù) 2.7.2使用葉素動量法評估年發(fā)電量 2.7.3影響性能的因素 2.7.4風輪葉尖速比和升阻比對功率系數(shù)的影響 2.8小結 參考文獻 第3章風力機風輪的性能和設計方案 3.1引言 3.2理想風輪的一維理論 3.2.1積分形式的軸向動量方程 3.2.2運用交變控制體的一維動量理論 3.2.3理想一維風力機的功率系數(shù) 3.2.4理想一維風力機的推力系數(shù) 3.2.5旋轉效應 3.2.6風輪的葉尖速比 3.3二維氣動模型 3.4有限翼長的三維氣動模型 3.4.1受流過翼型氣流影響的參數(shù) 3.4.2科里奧利力和離心力 3.4.3現(xiàn)代風力機渦系 3.5在風電場應用中風輪的設計要求 3.5.1風輪的性能 3.5.2風輪葉片的材料要求 3.5.3翼型特征對風輪性能的影響 3.6風輪繞流的流體力學分析 3.6.1二維球體的繞流分析 3.6.2二維柱體的繞流分析 3.6.3氣流的發(fā)電量 3.7小結 參考文獻 第4章風力機葉片設計要求 4.1引言 4.2螺旋槳葉片的性能分析 4.2.1葉素的空氣動力學性能分析 4.2.2作用在葉片上的轉矩和功率 4.2.3最大功率輸出的條件 4.3葉片的性能 4.3.1功率系數(shù) 4.3.2軸向誘導因子 4.3.3轉矩系數(shù) 4.3.4葉片的載荷系數(shù) 4.3.5入流角作為切向速度比和升阻系數(shù)比函數(shù)的變化 4.3.6葉尖速比和升阻系數(shù)比對風力機功率因數(shù)的影響 4.3.7作為半徑函數(shù)的槳距角變化 4.3.8作用在葉片上的力 4.3.9機械完整性 4.4梁理論在各種風力機葉片中的應用 4.5葉片的材料要求 4.6葉片的關鍵性能 4.6.1葉片的彎矩和不穩(wěn)定性對葉片性能的影響 4.6.2風速三角形的作用 4.7小結 參考文獻 第5章變風速條件下動態(tài)穩(wěn)定及性能的提高所需的傳感器和控制設備 5.1引言 5.2調節(jié)控制系統(tǒng) 5.2.1變槳距調節(jié)控制 5.2.2變槳距調節(jié)控制系統(tǒng)的說明 5.2.3偏航控制系統(tǒng) 5.3風參數(shù)監(jiān)測傳感器 5.4傳輸系統(tǒng) 5.5發(fā)電機 5.5.1感應發(fā)電機 5.5.2感應發(fā)電機的轉子結構 5.6同步發(fā)電機的性能和局限性 5.7風輪的關鍵性能參數(shù) 5.7.1風輪的分類 5.7.2動態(tài)穩(wěn)定性和結構完整性 5.7.3應力參數(shù)的監(jiān)測 5.7.4失速控制的風輪 5.7.5風能捕獲及風力機性能的影響因素 5.8葉片的翼型特性對風力機性能的影響 5.9自動停機功能 5.10水平軸風力機和垂直軸風力機風輪的關鍵設計 5.10.1風力機的可靠性及性能提高技術 5.10.2使效率、動態(tài)穩(wěn)定性及結構完整性得到良好保障的傳感器 5.10.3葉片扭轉角的調整 5.11提高效率的低諧波量發(fā)電機 5.12風力機結構載荷的影響 5.12.1重力載荷的影響 5.12.2慣性載荷的影響 5.12.3空氣動力載荷的影響 5.13小結 參考文獻 第6章離網型風電系統(tǒng) 6.1引言 6.2歷史背景：應用于偏遠地區(qū) 6.3離網型風電系統(tǒng)的結構 6.3.1帶有備用電池的混合系統(tǒng) 6.3.2微型風力機 6.3.3微型風力機的應用 6.3.4微型風力機應用于農村電氣化 6.3.5發(fā)電容量 6.3.6偏遠地區(qū)的通信應用 6.3.7降低成本的技術 6.3.8減少電力的需求 6.3.9典型電氣設備的能量損耗 6.3.10減少能量損耗的技術 6.4偏遠地區(qū)的離網型電力系統(tǒng) 6.4.1制冷設備 6.4.2空調機組 6.4.3交流和直流系統(tǒng)的選擇 6.4.4發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù) 6.5系統(tǒng)組件的規(guī)格 6.5.1太陽電池陣列的規(guī)模和性能 6.5.2逆變器的容量和性能 6.5.3蓄電池的大小和性能 6.5.4太陽能面板的大小和性能參數(shù) 6.6帶有備用公共電網的離網型風電系統(tǒng) 6.6.1離網系統(tǒng)的經濟因素 6.6.2離網風光互補系統(tǒng)的成本分析 6.6.3從現(xiàn)有設施延長輸電線的成本估算 6.7離網型風電系統(tǒng)的多種應用 6.7.1通信 6.7.2HR 3混合型系統(tǒng)的性能 6.7.3運用混合風電系統(tǒng)節(jié)省石油燃料 6.8農村電氣化中的混合風電系統(tǒng) 6.8.1成功案例 6.8.2在農村電氣化的應用：抽水系統(tǒng) 6.8.3估算農場風車的抽水能力 6.8.4混合風電的經濟性 6.9多任務風力機 6.9.1小功率風力機的應用 6.9.2灌溉的設計要求 6.9.3風力機的年發(fā)電量 6.10小結 參考文獻 第7章建筑物環(huán)境中的風能轉換技術 7.1引言 7.2集中配置的要求 7.2.1球形配置 7.2.2在兩個建筑物之間的管道中安裝風力機的配置 7.2.3鄰近建筑物的集中模式 7.2.4各種集中模式下集中器的風能集中能力小結 7.3節(jié)能建筑設計 7.3.1有建筑物的環(huán)境的要求 7.3.2粗糙度對風速參數(shù)的影響 7.3.3有建筑物地區(qū)的風能潛力 7.4建筑環(huán)境當?shù)仫L能的特性 7.4.1建筑特征 7.4.2有風力邊緣的建筑物周圍的空氣流線 7.4.3阻力部分 7.4.4空氣的流動性 7.5建筑環(huán)境對BWAT性能的影響 7.5.1氣動噪聲水平 7.5.2安裝現(xiàn)場總空氣噪聲的計算 7.5.3附近風力機產生的噪聲 7.5.4風力機葉片引起的振動 7.5.5風力機葉片的影子閃爍 7.5.6湍流結構 7.5.7流管長度對風能轉化的影響 7.5.8有建筑物環(huán)境下的偏航要求 7.6小結 參考文獻 第8章影響風力機安裝的環(huán)境問題與經濟因素 8.1引言 8.2環(huán)境因素和其他重要問題 8.2.1安裝地址的選擇 8.2.2風的特性及其影響 8.2.3調整地形來增加風速提高發(fā)電效率 8.2.4體積流率對性能的影響 8.2.5最大可利用功率 8.2.6功率系數(shù) 8.2.7輸出轉矩的性能 8.2.8氣流產生的功率與氣流直徑的函數(shù)關系 8.3大直徑氣流產生的問題 8.3.1高噪聲等級 8.3.2安裝地點周圍的噪聲 8.3.3對電視和收音機傳輸信號的干擾 8.3.4對風力機噪聲的定量描述 8.4使用經典BEM理論預計關鍵性能參數(shù) 8.4.1機械軸功率 8.4.2葉片設計參數(shù)對其發(fā)電的影響 8.5基于經濟因素調整安裝風力機 8.5.1電力的持續(xù)性 8.5.2估計采購成本 8.5.3度電成本 8.5.4風力機的度電成本 8.6關鍵組件和子系統(tǒng)成本的估算 8.6.1關鍵組件的成本估算 8.6.22MW風力機的典型設計和性能特征 8.7風力機塔架 8.7.1塔架高度的要求 8.7.2機械強度的要求 8.7.3塔架的分類 8.8小結 參考文獻