海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計

第1章海上風(fēng)能與海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

11海上風(fēng)能與風(fēng)電開發(fā)2

111海上風(fēng)能的特點2

112海上風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)展現(xiàn)狀6

113海上風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)具備的特點9

12歐洲海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀10

121歐洲海上風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展回顧10

122歐洲目前和近期開發(fā)的海上項目11

123歐洲開發(fā)海上風(fēng)電的潛力13

124歐洲發(fā)展海上風(fēng)電的經(jīng)驗15

13中國海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀19

131中國發(fā)展海上風(fēng)電的自然環(huán)境19

132中國風(fēng)電場的發(fā)展現(xiàn)狀20

133中國海上風(fēng)電發(fā)展面臨的問題22

134中國發(fā)展海上風(fēng)電的對策24

第2章海上風(fēng)電開發(fā)的優(yōu)劣勢分析

21海上風(fēng)電場建設(shè)31

211海上風(fēng)電場選址原則31

212海上風(fēng)電場的配置32

213海上風(fēng)電場的成本33

22海上風(fēng)電開發(fā)的優(yōu)勢35

221高質(zhì)量的海上風(fēng)資源35

222更多可以借鑒的經(jīng)驗36

23海上風(fēng)電開發(fā)面臨的制約因素37

231鹽霧腐蝕對風(fēng)力機的影響37

232臺風(fēng)的影響40

233海浪的載荷43

234撞擊的風(fēng)險49

235海上風(fēng)電場建設(shè)的困難51

236運行與維護63

第3章海上風(fēng)力機區(qū)別于陸上風(fēng)力機的特殊性

31海上風(fēng)力機技術(shù)路線選擇68

311風(fēng)力機故障分析68

312主要的技術(shù)路線73

32風(fēng)力機基礎(chǔ)多樣化設(shè)計76

321基礎(chǔ)設(shè)計條件要求76

322常見的基礎(chǔ)形式77

323幾種基礎(chǔ)方案比較86

324基礎(chǔ)設(shè)計流程88

33基礎(chǔ)的施工91

331重力式基礎(chǔ)施工91

332單樁式基礎(chǔ)施工91

333三腳架式基礎(chǔ)施工94

334導(dǎo)管架式基礎(chǔ)施工96

335群樁基礎(chǔ)施工97

34風(fēng)力機防腐密封設(shè)計102

341主要的防腐蝕措施102

342海上風(fēng)力機防腐措施104

343海上風(fēng)力機密封措施106

344密封圈性能比較108

35風(fēng)力機基礎(chǔ)防撞擊設(shè)計108

第4章海上風(fēng)力機防腐蝕系統(tǒng)設(shè)計

41防腐涂裝111

411鑄造件112

412鍛造件113

413焊接件116

414高強螺栓聯(lián)結(jié)件120

415風(fēng)力機基礎(chǔ)121

42加強密封122

421機艙罩和導(dǎo)流罩123

422齒輪箱123

423主軸承和回轉(zhuǎn)支承124

424發(fā)電機125

43耐腐蝕材料應(yīng)用125

431增速箱輔配件125

432發(fā)電機輔配件126

433液壓站126

434集中潤滑系統(tǒng)127

435非高強螺栓聯(lián)結(jié)件127

44電氣柜系統(tǒng)防腐127

441變槳柜128

442主控柜129

443變流器130

45防腐防銹工藝132

451涂料防腐工藝132

452防銹油防銹工藝144

453潤滑脂防銹工藝152

454達(dá)克羅涂層及鍍鋅層修補工藝153

455工藝螺紋孔防護155

第5章防臺風(fēng)加強設(shè)計與應(yīng)對策略

51臺風(fēng)破壞的分析158

511臺風(fēng)的形成158

512臺風(fēng)的分布規(guī)律159

513臺風(fēng)浪的形成和傳播160

514臺風(fēng)的主要特點及其對海上風(fēng)力機的影響161

515臺風(fēng)破壞的原因分析162

516臺風(fēng)影響等級劃分三維坐標(biāo)體系165

517抗臺風(fēng)加強設(shè)計總體思路166

52傳動鏈增強設(shè)計167

53機艙罩的加強設(shè)計170

531加強機艙罩連接部位170

532艙內(nèi)設(shè)置鋼板加強筋171

54風(fēng)速風(fēng)向儀選取172

541災(zāi)難性氣候?qū)︼L(fēng)電機組的破壞172

542測風(fēng)儀的分類及特點173

543風(fēng)力機風(fēng)向儀的故障原因及設(shè)計原則173

55測風(fēng)儀應(yīng)急預(yù)案176

56臺風(fēng)期間控制策略176

57質(zhì)量阻尼器減振設(shè)計177

571阻尼器的分類177

572結(jié)構(gòu)上使用阻尼器的特點179

573阻尼器的安置形式180

574海上風(fēng)力機使用阻尼器的作用183

58海上風(fēng)力機抗臺風(fēng)控制策略185

第6章海上風(fēng)力機發(fā)電能力優(yōu)化設(shè)計

61風(fēng)力機轉(zhuǎn)速的優(yōu)化187

611控制過程概述187

612控制目標(biāo)188

613控制策略分析188

62優(yōu)化模型因數(shù)分析192

63優(yōu)化設(shè)計流程193

第7章海上風(fēng)力機可靠性設(shè)計

71機械部件裕度設(shè)計196

72緊固連接件防松防銹197

721緊固連接件總體設(shè)計原則197

722緊固連接件松動的原因197

723防松設(shè)計基本原則198

724防松措施199

725防銹201

73電氣系統(tǒng)冗余設(shè)計201

74電氣元件降額設(shè)計202

75電控柜體設(shè)計202

751變槳系統(tǒng)運行環(huán)境及影響202

752變槳柜設(shè)計原則及措施203

753海上環(huán)境對控制系統(tǒng)的影響204

754主控柜設(shè)計原則及措施205

76發(fā)電機冷卻方式206

761冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成206

762冷卻系統(tǒng)的防護209

763兩種方式維護及運行對比212

77變流器可靠性增強設(shè)計212

771環(huán)境要求212

772可靠性影響因素214

773可靠度分配218

774可靠性增強措施218

第8章海上風(fēng)力機的維護與可維護性設(shè)計

81海上風(fēng)力機的維護221

811安全221

812葉片的維修保養(yǎng)222

813輪轂的維修保養(yǎng)223

814變槳軸承的維修保養(yǎng)224

815變槳電機的維修保養(yǎng)224

816變槳減速機與變槳小齒輪的維修保養(yǎng)225

817變槳控制柜的維修保養(yǎng)226

818主軸及主軸承的維修保養(yǎng)226

819增速箱的維修保養(yǎng)227

8110高速軸剎車的維修保養(yǎng)229

8111高速軸聯(lián)軸器的維修保養(yǎng)233

8112發(fā)電機的維修保養(yǎng)234

8113機艙底架的維修保養(yǎng)235

8114偏航系統(tǒng)的維修保養(yǎng)236

8115塔筒的維修保養(yǎng)237

8116機艙罩與導(dǎo)流罩的維修保養(yǎng)238

8117機組的非正常狀態(tài)處理及復(fù)位方法238

8118廢品處理239

82可維護的風(fēng)力機結(jié)構(gòu)設(shè)計240

821拆卸中存在的主要問題240

822可維護性結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則240

823可維護性結(jié)構(gòu)設(shè)計流程241

824結(jié)構(gòu)設(shè)計241

83大部件維護專用吊裝設(shè)備243

84大部件維修工藝流程245

第9章海上風(fēng)力機標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)證

91海上風(fēng)力機各種標(biāo)準(zhǔn)的對比252

911IEC 614003253

912GL海上風(fēng)電指南253

913丹麥建議書254

914DNVOSJ101254

915IEC WT01254

916GL指南和IEC標(biāo)準(zhǔn)對風(fēng)力機載荷的對比255

92海上風(fēng)力機標(biāo)準(zhǔn)與陸上風(fēng)力機標(biāo)準(zhǔn)的比較257

921陸上風(fēng)力機標(biāo)準(zhǔn)257

922海上風(fēng)力機標(biāo)準(zhǔn)259

93海上風(fēng)力機認(rèn)證262

931型式認(rèn)證262

932項目認(rèn)證264

第10章海上風(fēng)電開發(fā)與風(fēng)力機制造技術(shù)發(fā)展趨勢

101海上風(fēng)電場建設(shè)與風(fēng)電開發(fā)利用的發(fā)展趨勢270

102海上風(fēng)力機制造技術(shù)展望273

1021機組功率趨向大型化274

1022碳纖維葉片274

1023高翼尖速度277

1024高壓直流（HVDC）技術(shù)和機組無功功率輸出可控技術(shù)277

1025單位掃掠面積的成本曲線降低278

1026智能電網(wǎng)278

附錄風(fēng)電專業(yè)術(shù)語漢英對照

參考文獻

隨著2010年東海大橋海上風(fēng)電場的并網(wǎng)發(fā)電及國家發(fā)改委江蘇海上風(fēng)電特許權(quán)開發(fā)項目開標(biāo)，中國拉開了海上風(fēng)電開發(fā)的序幕。我國海洋面積遼闊，海上風(fēng)能資源豐富，加之我國政府相繼出臺了大量優(yōu)惠政策和舉措支持海上風(fēng)電發(fā)展，各大電力公司和地方政府紛紛規(guī)劃建設(shè)大型海上風(fēng)電場，風(fēng)電機組供應(yīng)商積極研發(fā)大功率風(fēng)力機來推動海上風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。

然而，海上風(fēng)力機并非簡單地將陸上風(fēng)力機“移植”到海上，海洋環(huán)境復(fù)雜，高鹽霧濃度、臺風(fēng)、海浪等惡劣自然條件均對海上風(fēng)力機的設(shè)計技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，我國在海上風(fēng)力機設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域仍舊比較薄弱，更缺少介紹海上風(fēng)力機設(shè)計技術(shù)的圖書和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們在研究海上風(fēng)力機設(shè)計技術(shù)、總結(jié)海上風(fēng)力機設(shè)計開發(fā)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編著了本書，以期成為海上風(fēng)力機設(shè)計的指導(dǎo)書，能對從事海上風(fēng)力機設(shè)計研發(fā)的工程技術(shù)人員有一定的幫助。

本書是在大幅補充和修訂作者前期出版的《海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》的基礎(chǔ)上編著而成。本書共10章，全面介紹了海上風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)計原理和設(shè)計方法。

第1章主要分析海上風(fēng)能的特點、國內(nèi)外海上風(fēng)電開發(fā)的發(fā)展現(xiàn)狀。通過分析和總結(jié)歐洲海上風(fēng)電開發(fā)的歷史和經(jīng)驗，剖析我國海上風(fēng)電的現(xiàn)狀，對我國的海上風(fēng)電開發(fā)提出了新的對策。

第2章主要介紹海上風(fēng)電開發(fā)的優(yōu)勢和面臨的制約因素。重點分析開發(fā)海上風(fēng)電需要解決的重大課題，介紹鹽霧腐蝕、臺風(fēng)、海浪、撞擊對海上風(fēng)力機的影響，突出海上風(fēng)電場建設(shè)、運行和維護的艱巨性。

第3章在對比分析海上風(fēng)電開發(fā)的六大制約因素的基礎(chǔ)上，針對海上風(fēng)力機設(shè)計區(qū)別于陸上的特殊性，從海上風(fēng)力機技術(shù)路線選擇、風(fēng)力機基礎(chǔ)多樣化設(shè)計、風(fēng)力機防腐蝕密封設(shè)計、基礎(chǔ)防撞擊設(shè)計四方面介紹海上風(fēng)力機的特殊性設(shè)計。

第4章詳細(xì)介紹海上風(fēng)力機防腐蝕設(shè)計的系統(tǒng)解決方案，針對風(fēng)力機不同部件的材質(zhì)和所處環(huán)境鹽霧腐蝕的差異性，提出具體的應(yīng)對措施。

第5章主要分析臺風(fēng)的破壞機理及相應(yīng)的海上風(fēng)力機抗臺風(fēng)設(shè)計策略與手段，七大策略將對未來我國東南沿海的海上風(fēng)力機設(shè)計產(chǎn)生重要影響。

第6章主要介紹海上風(fēng)力機發(fā)電能力優(yōu)化設(shè)計的方法和設(shè)計流程。

第7章主要介紹海上風(fēng)力機的可靠性設(shè)計，從機械部件裕度設(shè)計、緊固連接件防松防銹、電氣系統(tǒng)冗余設(shè)計、降額設(shè)計、電控柜設(shè)計、發(fā)電機和變流器可靠性增強設(shè)計等方面進行了詳細(xì)闡述。

第8章主要講述海上風(fēng)力機的運行維護方法和可維護性設(shè)計思想，提出可維護性風(fēng)力機結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、專用維護工裝設(shè)計及大部件維修工藝流程。

第9章主要分析海上風(fēng)力機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)認(rèn)證知識。對于風(fēng)力機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，橫向比較了風(fēng)力機設(shè)計的各類標(biāo)準(zhǔn)，分析海上與陸上風(fēng)力機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的差異性。關(guān)于認(rèn)證詳細(xì)介紹了型式認(rèn)證和項目認(rèn)證的相關(guān)內(nèi)容。

第10章對未來海上風(fēng)電開發(fā)與風(fēng)力機設(shè)計制造技術(shù)發(fā)展趨勢進行了展望。

在本書的編著過程中，得到了三一電氣公司胡杰、王廣良、顧珊等領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，并提出了寶貴的修改意見和建議，在此表示衷心感謝；整體研究院廣大同事參與了本書的數(shù)次評審，在此一并致謝。張建海、葉凡、王興、葉堅強、劉萬輝、趙德釗等同事參與了部分編著工作。

本書的編著參閱了大量參考文獻，在此對其作者一并表示感謝！

限于作者編著水平，書中不妥之處誠請廣大讀者批評指正。

編著者

2011年8月2100433B

《海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計》介紹了海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計的基本知識和技術(shù)，對比分析了開發(fā)海上風(fēng)電的優(yōu)劣勢，重點剖析了海上風(fēng)電開發(fā)的六大制約因素。在此基礎(chǔ)上，提出了海上風(fēng)力機的設(shè)計原則和系統(tǒng)解決方案、詳細(xì)闡述了海上風(fēng)力機的技術(shù)路線對比、風(fēng)力機基礎(chǔ)設(shè)計與施工、防腐蝕與密封設(shè)計、防臺風(fēng)設(shè)計、可靠性設(shè)計、發(fā)電能力優(yōu)化設(shè)計及可維護性設(shè)計的解決思路和設(shè)計方法。此外，簡要介紹了海上風(fēng)力機的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證，最后對未來海上風(fēng)電開發(fā)與風(fēng)力機設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢加以展望。

《海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計》適合從事海上風(fēng)電領(lǐng)域，尤其是海上風(fēng)力機設(shè)計與開發(fā)的工程師和技術(shù)人員閱讀參考，也適合作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)通用教材，對想要了解海上風(fēng)力發(fā)電的讀者也是一本很好的科普讀物。

海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，亦稱“海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計要求”。海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計的規(guī)范、要求。包括國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。中國采用國際電工委員會制定的《海上風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。主要包括海上風(fēng)力發(fā)電機組的外部條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制和保護系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)計、海上風(fēng)電場址外部條件評估、風(fēng)電機組組裝和安裝、風(fēng)電機組調(diào)試、運行和維護等要求。

海上鉆探除具有陸上鉆探的特點外，由于鉆機與井口之間尚隔著一層深度不等的海水，因此就增大了海上鉆探的復(fù)雜性。第一，必須有一套適應(yīng)海上條件的鉆探裝置，以便把鉆探設(shè)備等支撐在海面上，并提供工作場地。第二，要設(shè)置一套從海底井口到海上鉆探裝置之間的特殊隔水通道以循環(huán)泥漿、引導(dǎo)鉆具及套管。海上鉆探已有數(shù)十年歷史。早期時均在濱海淺水處，采用人工島和固定平臺式的鉆探裝置。利用移動式海上鉆探裝置到幾十米以上的深水處進行鉆探，則是50年代初才開始的。

其適應(yīng)工作環(huán)境能力強，根據(jù)水上工程的需要可組成不同標(biāo)準(zhǔn)的分體式、組合式平臺（自航與非自航）。應(yīng)用于海上選礦、疏浚、運輸?shù)裙ぷ?，最大限度的發(fā)揮工作效率。亦可視水上工作環(huán)境的需要增加相關(guān)的配套設(shè)備，如系船栓、纜樁、防撞靠球、護欄、登岸舷橋等。海上選礦平臺結(jié)構(gòu)完善，簡化工作程序，環(huán)保無污染。