風能技術

1 風車和風力發(fā)電發(fā)展史

1．1 20世紀以前的風力利用技術

1．2 風力發(fā)電發(fā)展簡史

1．2．1 風力發(fā)電機組誕生的背景

1．2．2 風力發(fā)電的先驅(qū)者

1．2．3 以丹麥為中心的風力發(fā)電的發(fā)展史

1．2．4 20世紀風力發(fā)電機組技術的發(fā)展

2 風的特性和風能資源

2．1 風速功率譜

2．2 風速隨高度變化

2．2．1 對數(shù)率分布

2．2．2 指數(shù)率分布

2．3 風速頻率分布

2．4 風能

2．5 地形和風

2．5．1 日本各地由于區(qū)域地理環(huán)境形成的地形風

2．5．2 峽谷風

2．5．3 山脈對氣流的抬升作用

2．6 風況分布圖

2．6．1 局部地區(qū)風況預測模型LAwEPS

2．6．2 風況分布圖

2．6．3 風速的歷年變化

3 風力發(fā)電機組的布置

3．1 風和風能

3．2 風的特性

3．2．1 海陸風

3．2．2 山谷風

3．2．3 季風

3．2．4 高壓低壓引起的風

3．2．5 臺風

3．2．6 地理環(huán)境形成的地形風

3．3 風的統(tǒng)計分析

3．3．1 逐時、月、年平均風速

3．3．2 風向玫瑰圖

3．3．3 風速頻率分布

3．3．4 威布爾分布

3．3．5 風功率密度

3．4 年發(fā)電量

3．5 風況數(shù)據(jù)的利用

3．5．1 風況觀測站

3．5．2 日本的風況分布圖

3．6 影響風況的各種因素

3．6．1 地表面的粗糙度

3．6．2 地形

3．6．3 障礙物

3．7 風況預測

3．7．1 基于風況觀測數(shù)據(jù)進行風況預測的方法

3．7．2 利用氣象模型進行風況預測方法

4 風力發(fā)電機組基礎理論

4．1 風力發(fā)電機組種類與特征

4．1．1 風力發(fā)電機組分類

4．1．2 水平軸風力發(fā)電機組和垂直軸風力發(fā)電機組

4．1．3 升力型風力發(fā)電機組和阻力型風力發(fā)電機組

4．2 風力發(fā)電機組轉動原理

4．2．1 升力與阻力

4．2．2 升力型風力發(fā)電機組

4．2．3 阻力型風力發(fā)電機組

4．3 風力發(fā)電機組的性能評價

4．3．1 功率系數(shù)

4．3．2 力矩系數(shù)

4．3．3 推力系數(shù)

4．3．4 葉尖速度比(尖速比)

4．3．5 實度

4．4 風力發(fā)電機組的理論最大功率

4．4．1 升力型風力發(fā)電機組的最大功率系數(shù)

4．2 阻力型風力發(fā)電機組的最大功率系數(shù)

5 風力發(fā)電機組的空氣動力學

5．1 風力發(fā)電機組基礎理論

5．2 水平軸風力發(fā)電機組

5．2．1 水平軸風力發(fā)電機組性能分析與工作原理

5．2．2 直徑20m的水平軸風力發(fā)電機組

5．2．3 水平軸風力發(fā)電機組設計

5．3 垂直軸風力發(fā)電機組

5．3．1 垂直軸風力發(fā)電機組分類

5．3．2 垂直軸風力發(fā)電機組特性

5．3．3 風力發(fā)電機組性能推導與空氣動力學

5．3．4 影響風力發(fā)電機組性能的要素

5．3．5 垂直軸風力發(fā)電機組用葉片翼型

5．3．6 風力發(fā)電機組周圍流場

5．3．7 關于垂直軸風力發(fā)電機組設計

6 風力發(fā)電系統(tǒng)設計

6．1 概念設計

6．1．1 風力發(fā)電機組形式

6．2 風力發(fā)電機組設計注意事項

6．2．1 設計標準

6．3 安全性與可靠性

6．3．1 控制裝置與安全系統(tǒng)

6．3．2 其他安全注意事項

6．3．3 冗余設計

6．3．4 安全系統(tǒng)動作后恢復機器運轉

6．3．5 安全保護裝置

6．4 載荷

6．4．1 解析條件的規(guī)定

6．4．2 以IEC載荷為基礎的解析

6．4．3 臺風時的風載荷計算條件的具體舉例

6．5 風力發(fā)電系統(tǒng)構成要素

6．5．1 葉片

6．5．2 輪轂．_

6．5．3 動力系統(tǒng)

6．5．4 偏航系統(tǒng)

6．5．5 葉片槳距可變機構的設計

6．5．6 發(fā)電機

6．5．7 其他機構

7 風力發(fā)電系統(tǒng)控制

7．1 風力發(fā)電機組

7．1．1 轉數(shù)控制

7．1．2 方向控制

7．1．3 停機控制

7．2 發(fā)電機與運轉方式

7．2．1 發(fā)電機

7．2．2 運轉方式

7．3 風力發(fā)電系統(tǒng)

7．3．1 風力發(fā)電機組功率系數(shù)

……

8 風力發(fā)電系統(tǒng)

9 風力利用系統(tǒng)

10 評價利用風能的經(jīng)濟性

11 風能利用對環(huán)境的影響

12 風力發(fā)電的展望

參考文獻 2100433B

《風能技術》是“新能源技術”叢書之一。風能作為一種重要的可再生能源，其具有清潔、無污染、安全、儲量豐富的特點，受到世界各國的普遍重視?！讹L能技術》主要講解了風車和風力發(fā)電發(fā)展史、風的特性和風能資源、風力發(fā)電機組的布置、風力發(fā)電機組基礎理論、風力發(fā)電系統(tǒng)設計、風力發(fā)電系統(tǒng)控制等內(nèi)容?！讹L能技術》內(nèi)容豐富、圖文并茂、重點突出、應用性強。

1.全球氣候變暖，石油、天然氣和煤炭的供應緊張，減排的呼聲日趨高漲，風能、地熱、太陽能等清潔能源排上了議題。我國作為四大風力發(fā)電國，需要大量懂技術的專業(yè)人才，風能工程碩士應運而生。那么什么是風能工程碩士呢？

2.風能工程碩士屬于工程碩士的一個研究領域，全稱 Master of Schience in Wind Engineering。主要培養(yǎng)掌握風能產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)設備，了解風能產(chǎn)業(yè)最新發(fā)展動向，設計、建造和運用風能設備進行動力轉換的技術性人才。風能工程碩士涉及機械、動力、環(huán)境等領域，與動力工程碩士、環(huán)境工程碩士、電氣工程碩士、機械工程碩士等均有聯(lián)系。

3.風能工程碩士的主要課程有：噪音與震動 、 結構及材料力學 、 空氣動力學及空氣彈性力學 、 可持續(xù)的能源系統(tǒng) 、 可持續(xù)的能源系統(tǒng)設計 、 網(wǎng)格集成及高壓電、發(fā)電機及電力電子技術、 控制系統(tǒng)及自動化、環(huán)境科學基礎等

4.風能工程碩士的選修課程有： 高級環(huán)境科學 、 能源的擴展成本 、 能源貿(mào)易 、 高級風電渦輪系統(tǒng) 、 高級動力工程數(shù)學等

5.風能工程碩士報名條件與軟件工程碩士、電子與通信工程碩士相同，無需工作年限，應屆畢業(yè)生即可報考。

海上有豐富的風能資源和廣闊平坦的區(qū)域，使得近海風力發(fā)電技術成為研究和應用的熱點。多兆瓦級風力發(fā)電機組在近海風力發(fā)電場的商業(yè)化運行是國內(nèi)外風能利用的新趨勢。隨著風力發(fā)電的發(fā)展，陸地上的風機總數(shù)已經(jīng)趨于飽和，海上風力發(fā)電場將成為未來發(fā)展的重點。海上發(fā)電是國際風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新領域，是“方向中的方向”。

中國海上風能資源儲量遠大于陸地風能，儲量10m高度可利用的風能資源超過7億kW，而且距離電力負荷中心很近。上海已開始海上風力發(fā)電項目的建設，到2010年，上海的風力發(fā)電總裝機容量將達到200-300兆瓦。為達到這一目標，中國第一座長距離跨海大橋東海大橋兩側將建成中國內(nèi)地首個海上風力發(fā)電場。

風能技術分為大型風電技術和中小型風電技術，雖然都屬于風能技術，工作原理也相同，但是卻屬于完全不同的兩個行業(yè)。具體表現(xiàn)在：政策導向不同、市場不同、應用領域不同、應用技術更是不同，完全屬于同種產(chǎn)業(yè)中的兩個行業(yè)。因此，在中國風力機械行業(yè)會議上已經(jīng)把大型風電和中小型風電區(qū)分出來分別對待。此外，為滿足市場不同需求，延伸出來的風光互補技術不僅推動了中小型風電技術的發(fā)展，還為中小型風電開辟了新的市場。

風電技術大型風電技術

我國大型風電技術與國際還有一定差距。大型風電技術起源于丹麥、荷蘭等一些歐洲國家，由于當?shù)仫L能資源豐富，風電產(chǎn)業(yè)受到政府的助推，大型風電技術和設備的發(fā)展在國際上遙遙領先。我國政府也開始助推大型風電技術的發(fā)展，并出臺一系列政策引導產(chǎn)業(yè)發(fā)展。大型風電技術都是為大型風力發(fā)電機組設計的，而大型風力發(fā)電機組應用區(qū)域?qū)Νh(huán)境的要求十分嚴格，都是應用在風能資源豐富而資源有限的風場上，常年接受各種各樣惡劣環(huán)境考研。環(huán)境的復雜多變性，對技術的高度要求就直線上升。國內(nèi)大型風電技術普遍還不成熟，大型風電的核心技術仍然依靠國外，國家政策的引導使國內(nèi)的風電項目迅猛在各地上馬，都期望能借此分得一杯羹。名副其實的“瘋電”借著政策的東風開始燎原之勢。雖然風電項目紛紛上馬，但多為配套類型，完全擁有自主知識產(chǎn)權的大型風電系統(tǒng)技術和核心技術少之又少。還需經(jīng)歷幾年環(huán)境考驗的大型風電技術才能逐漸成熟。此外，大型風電技術中發(fā)電并網(wǎng)的技術還在完善，一系列的問題還在制約大型風電技術的發(fā)展。

風電技術中小型風電技術

我國中小型風電技術可以與國際相媲美。在本世紀70年代中小型風電技術在我國風況資源較好的內(nèi)蒙、新疆一帶就已經(jīng)得到了發(fā)展。最初中小型風電技術被廣泛應用在送電到鄉(xiāng)的項目，為一家一戶的農(nóng)牧民家用供電。隨著技術的更新不斷的完善與發(fā)展，不僅能單獨應用還能與光電組合互補，已被廣泛應用于分布式獨立供電。這些年來隨著我國中小型風電出口的穩(wěn)步提升，在國際上，我國的中小型風電技術和風光互補技術已躍居國際領先地位。

中小型風電技術成熟受自然資源限制相對較小，作為分布式獨立發(fā)電效果顯著。不僅可以并網(wǎng)，而且還能結合光電形成更穩(wěn)定可靠的風光互補技術，況且技術完全自主國產(chǎn)化。無論從技術還是價格在國際上都十分具有競爭優(yōu)勢，在國際上已打響了中小型風電的中國品牌。在國內(nèi)最具技術優(yōu)勢和競爭力的中小型風力發(fā)電一直是被政府和政策遺忘的一個角落。究其原因，在早期國家一直把中小型風力發(fā)電定位到內(nèi)蒙、新疆等偏遠地區(qū)農(nóng)牧民使用且歸入農(nóng)機類，價格低廉、粗制濫造、性能可靠度低、安全無保障、使用地多為人煙稀少區(qū)，國內(nèi)市場大多都在喪失可靠性的前提下大打價格戰(zhàn)，在人們潛意識里形成較差的認識，因此得不到國家的重視和發(fā)展。

國內(nèi)中小型風電的技術中“低風速啟動、低風速發(fā)電、變槳矩、多重保護等等”一系列技術得到國際市場的矚目和國際客戶的一致認可，已處于國際領先地位。況且中小型風電技術最終是為滿足分布式獨立供電的終端市場，而非如大型風電技術是滿足發(fā)電并網(wǎng)的國內(nèi)壟斷性市場，技術的更新速度必須適應廣闊而快速發(fā)展的市場需求。

風電技術風光互補技術

風光互補技術整合了中小型風電技術和太陽能技術，綜合了各種應用領域的新技術，其涉及的領域之多、應用范圍之廣、技術差異化之大，是各種單獨技術所無法比擬的。

風能和太陽能是全球在新能源利用方面技術最成熟、最具規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化發(fā)展的行業(yè)，單獨的風能和單獨的太陽能都有其開發(fā)的弊端，而風力發(fā)電和太陽能發(fā)電兩者互補性的結合實現(xiàn)了兩種新能源在自然資源的配置方面、技術方案的整合方面、性能與價格的對比方面都達到了對新能源的綜合利用最合理，不但降低了滿足同等需求下的單位成本，而且擴大了市場的應用范圍，還提高了產(chǎn)品的可靠性。

此外，太陽能和風能同屬新能源，太陽能比風能起步要晚的多。太陽能光伏發(fā)電30元/瓦左右的價格受到大眾認可，可是轉換效率僅有15%左右;中小型風力發(fā)電的價格僅為同等功率的1/5-1/6時，轉換效率卻有60%-80%，如此低的價格更有甚者還在壓低。光電生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成的污染遠大于風電，卻比風電能得到長足的發(fā)展，這樣的對比反差耐人沉思。如果從人們用能的角度考慮，最終是為了滿足用電，從發(fā)電量來衡量風能的成本要比太陽能經(jīng)濟許多。

風光互補整合了太陽能和風能優(yōu)勢，不僅為“節(jié)能、減排”開辟了新的天地，而且以應用科學來滿足人類需求方面，為世界進入第四次革命打開了新的一頁。