內容介紹
風力發電是近年來發展最快的可再生能源形式之一，也是最具規模化套用前景的能源形式之一，在當前和未來的能源結構中發揮著越來越重要的作用。隨著風力發電在電力供應中的比例不斷提高，如何通過設計和施工建設的最佳化，更好地保證風力發電運行的安全性與可靠性已經成為產業面臨的關鍵問題。本書深入全面地介紹了風能開發利用過程中可能涉及的多個技術方面，從風資源的評估、風電場的選址方法，以及氣動彈性力學、空氣動力學和疲勞載荷對於風能系統安全可靠性的影響，到風能系統分部件的設計和開發，以及施工安裝及機組運行維護問題都進行了深入全面的論述，並且討論了低風速環境和寒冷氣候條件下風能系統的性能評估和最佳化路線，針對海上風電及其相關環境問題，論述了海上風能系統的發展、施工安裝方法、海上風電運行和維護的關鍵問題和策略等內容。本書既包括理論分析，也有工程經驗，同時說明了最新發展趨勢和相關信息，有助於讀者全面理解風力發電的系統知識。
本書適合從事風能技術研究、設計、建設、運行和維護的科研人員、工程師和專業學者閱讀參考，也可作為高等院校相關專業教師和本科生、研究生的參考書。
作品目錄
譯者序第1部分基礎風能資源、設計、安全與可靠性
第1章風電場開發的氣象學與風資源評估
1.1引言
1.2風氣候評估
1.2.1國家評估
1.2.2地方風氣候評估
1.2.3站點評估
1.3從風氣候到風資源
1.3.1就地測量
1.3.2空間和時間推斷
1.3.3垂直推斷
1.4風電場布局
1.5海上風電場的特殊考慮
1.6短期預測
1.7未來趨勢
1.8致謝
1.9參考文獻
第2章風力機設計與建設的場地調研、
特性描述及評估
2.1風能土建設計介紹
2.2風能岩土工程勘察
2.2.1岩土工程設計參數
2.2.2岩土工程調研與報告
2.3風力機基礎
2.3.1基礎類型
2.3.2基礎分析與設計
2.4土建設計與微觀選址
2.4.1通道與起重機墊
2.4.2集電系統
2.4.3風力機與集電系統的接口及風力機接地
2.5更多信息和建議的來源
2.6參考文獻
第3章風力機的氣動彈性力學和結構動力學
3.1引言
3.2風力機結構動力學
3.2.1套用梁理論的風力機部件的有限元方法
（FEM）模型
3.2.2風力機動力學
3.3風力機運行條件下的氣動彈性
3.3.1氣動彈性耦合和非線性時域分析
3.3.2特徵根穩定性分析
3.4改進的氣動彈性設計和建設的套用
3.4.1引言
3.4.2風力機正常運行時的固有氣動彈性頻率和阻尼——
一般的氣動彈性不穩定
3.4.3載荷輸入和載荷工況的特徵
3.4.4改善彈性回響的方法
3.5未來趨勢
3.5.1採用表面或者邊界層控制以減小載荷
3.5.2採用彎曲/變槳距耦合的柔性葉片
3.5.3集成設計
3.5.4變槳或失速控制
3.5.5漂浮型風力機
3.6更多信息和建議的來源
3.7參考文獻
第4章風力機尾流和風電場空氣動力學
4.1引言
4.2一維動量理論
4.3葉素動量理論
4.3.1葉尖校正
4.3.2湍流尾流
4.3.3偏航誤差
4.3.4動態尾流
4.3.5風入流
4.3.6翼型數據
4.4風力機風輪計算流體力學建模
4.5風電場空氣動力學
4.6風電場氣流與湍流仿真
4.6.1三颱風力機一排
4.6.2多颱風力機一排
4.7未來趨勢
4.8更多信息和建議的來源
4.9致謝
4.10參考文獻
第5章風力機疲勞載荷
5.1引言和概述
5.2損傷模型
5.3短期載荷分布
5.4長期載荷分布
5.5疲勞壽命評估
5.6結論
5.7參考文獻
第2部分風能系統材料、設計和部件開發
第6章風力機風輪的氣動設計
6.1引言
6.2發展現狀
6.3風輪設計過程中使用的模型和元素
6.3.1風輪空氣動力學
6.3.2風輪空氣動力學設計中的重要參數
6.3.3翼型性能
6.3.4設計葉尖速比
6.3.5風輪尺寸、控制和約束
6.3.6葉片數選擇
6.3.7風輪設計評估
6.4風輪設計過程舉例
6.4.1步驟1：風氣候
6.4.2步驟2：風輪/發電機大小
6.4.3步驟3：風輪控制
6.4.4步驟4：設計約束
6.4.5步驟5：選擇葉片數目
6.4.6步驟6：升力與翼型設計選擇
6.4.7步驟7：設計葉尖速比的選擇
6.4.8步驟8：葉片單點設計
6.4.9步驟9：葉片設計的評估
6.5未來趨勢
6.6更多信息來源
6.7致謝
6.8命名法
6.9參考文獻
第7章風力機傳動鏈系統
7.1引言
7.2齒輪箱和軸承系統
7.2.1齒輪箱、軸、軸承
7.2.2多級齒輪
7.2.3傳動鏈軸承概念
7.2.4傳動鏈可能的機械失效、預測及緩解
7.2.5振動
7.2.6油質
7.2.7噪聲監測
7.3電力電子系統
7.4發電機基本特性
7.4.1籠型轉子感應發電機
7.4.2繞線轉子感應發電機
7.4.3同步發電機
7.4.4多極同步電機
7.4.5電勵磁同步發電機
7.4.6永磁同步發電機
7.4.7其他潛在的發電機類型
7.5電能變換系統
7.5.1沒有電力電子接口的多級齒輪感應發電機
7.5.2多級齒輪雙饋感應發電機（DFIG）系統
7.5.3多級齒輪高速發電機和全功率電力電子系統
7.5.4直驅低速同步發電機和全功率電力電子系統
7.5.5混合齒輪傳動中速同步發電機和全功率電力電子系統
7.5.6電氣系統的狀態監測
7.6發電系統最佳化
7.7結論和未來趨勢
7.8參考文獻
第8章風力機控制系統與技術
8.1引言
8.2儀器
8.2.1感測器
8.2.2驅動器
8.3控制目標
8.4常規風力機控制
8.4.1發電機轉速濾波
8.4.2額定工況以下控制
8.4.3額定工況以上控制
8.4.4滿載/部分載荷選擇器
8.5降低載荷的先進控制
8.5.1傳動鏈阻尼
8.5.2塔架前後阻尼
8.5.3塔架側向阻尼
8.5.4降低葉片載荷
8.6未來趨勢
8.7參考文獻
第9章風力機塔架的設計、安裝和維護
9.1引言
9.2桁架式塔架
9.2.1概述
9.2.2裝配
9.3圓筒式塔架
9.3.1塔架安裝
9.3.2短塔架
9.3.3海上塔架
9.4風力機塔架上的載荷狀況
9.4.1塔架的疲勞載荷分析
9.4.2設計要求
9.5法蘭盤連線
9.5.1概述
9.5.2法蘭類型
9.5.3設計
9.5.4最終極限狀態
9.5.5疲勞極限狀態
9.6定期監測
9.6.1法蘭缺陷改造
9.7參考文獻
第3部分風能系統運行和維護、性能評估及最佳化
第10章風能系統的可靠性、可維護性及運行和維護策略
10.1引言
10.2浴盆曲線概念
10.3可靠性和可維護性工程在風能系統中的作用
10.3.1風能系統可靠性和可維護性方面
10.4系統工程
10.5運行和維護的問題和策略
10.5.1維護方法
10.5.2維護措施的分類
10.6在可持續和有競爭力的能源供應中的成本效益維護
10.7為風力發電系統改進設計和建設的努力
10.7.1設計和開發
10.7.2生產和建設
10.7.3運行和維護
10.8未來趨勢
10.9更多信息和建議的來源
10.10致謝
10.11參考文獻
第11章風力機狀態監測系統及技術
11.1引言
11.2狀態監測的度量衡
11.2.1功率和風速測量
11.2.2機艙振動測量
11.2.3振動
11.2.4軸轉速及位置
11.2.5油監測
11.3狀態監測算法
11.3.1功率特性監測
11.3.2機艙振動監測
11.3.3傳動鏈監測
11.3.4電氣部件監測
11.3.5分類
11.4狀態監測標準和技術指南
11.4.1IEC 61400?25通信標準
11.4.2狀態監測系統認證
11.5狀態監測的未來趨勢
11.5.1新的感測器技術
11.5.2狀態監測系統集成
11.5.3狀態監測新挑戰
11.6參考文獻
第12章風力機空氣動力學行為建模與設計的性能評估和知識管理——
IEA經驗
12.1引言
12.2空氣動力學測量
12.2.1入流條件
12.2.2氣動力
12.2.3攻角
12.2.4動壓力和無量綱化
12.2.5氣流可視化
12.3現場風輪空氣動力學資料庫
12.3.1測試矩陣
12.3.2提供的數據
12.3.3結果
12.4特殊風氣候/高風區域的資料庫
12.4.1地形複雜度
12.4.2極端風速地圖
12.4.3極端風速資料庫
12.5未來趨勢
12.6參考文獻
第13章風力機在低風速環境下運行的最佳化設計
13.1引言
13.2起動的空氣動力學建模
13.3對於功率和起動的葉片最佳化設計
13.4實際葉片的設計、建造與性能
13.5更大型葉片的多維設計
13.6結論
13.7致謝
13.8參考文獻
第14章寒冷氣候條件下風力機最佳化設計
14.1寒冷氣候對風力機設計與運行的影響
14.1.1寒冷氣候對風力機的一般影響
14.1.2寒冷氣候條件下風力機的特殊要求
14.1.3已建設或計畫建設於寒冷氣候中的風電場
14.2結冰對風力機的影響
14.2.1結凍的一般特點
14.2.2結冰參數
14.2.3結冰事件
14.2.4結冰類型
14.2.5海上結冰
14.2.6結冰檢測
14.2.7風力機上的冰增長
14.3結冰對空氣動力學和載荷的影響
14.3.1光滑的冰（釉冰）
14.3.2粗糙的冰（霧凇）
14.3.3覆冰風輪性能評估程式
14.4結冰對發電量的影響
14.5防冰和除冰系統設計及性能
14.5.1系統評估
14.5.2設計流程
14.5.3在防冰設計流程中引入氣動彈性分析
14.6防冰系統概念、比較與討論
14.6.1實用的風力機IPS
14.7防冰系統的緊急解決方案
14.7.1機翼LE部的充氣橡膠靴和可控制表面（氣動除冰系統）
14.7.2微波
14.7.3低表面附著度材料
14.7.4間歇性（周期性）熱空氣加熱
14.7.5防冰系統的可再生性
14.8甩冰與結冰風險
14.9寒冷氣候下的能量損失和經濟風險
14.10參考文獻
第4部分海上風能系統設計、建設、運行和維護
第15章海上環境載荷與風力機設計：風、波浪、水流及凍的影響
15.1引言
15.2環境載荷概述
15.3風
15.3.1風電場的描述
15.3.2風速隨高度的變化
15.3.3湍流
15.3.4極端風速和陣風
15.4波浪
15.4.1波浪，海的表面
15.5海流
15.6水動力載荷
15.6.1衍射
15.7長期波浪描述
15.8冰載荷
15.9參考文獻
第16章海上風能系統支撐結構的設計、施工和安裝
16.1引言
16.2支撐結構類型
16.2.1分類
16.2.2固定支撐結構
16.3設計方法和技術
16.3.1設計理念
16.3.2基礎的尺寸
16.3.3周期性載荷下基礎的運行特性分析
16.4特定場地設計最佳化
16.4.1設計準則
16.4.2結構布局
16.5基礎安裝技術
16.5.1單樁基礎的安裝
16.5.2鋼架結構基礎的安裝
16.5.3重力式基礎的安裝
16.5.4吸力桶的安裝
16.6未來趨勢
16.7更多信息和建議的來源
16.8參考文獻
第17章海上風電場的綜合規劃與設計
17.1引言
17.2系統、團隊和過程概述
17.2.1海上風電場的組成和流程
17.2.2人員與交流
17.2.3海上風能開發的設計和規划過程
17.3海上風電場設計和背景
17.3.1設計過程的基本原則
17.3.2陸上風能與海上風能的差異
17.3.3非技術性問題
17.4風電場設計和集成（具體場地）
17.4.1集成設計：是什麼和不是什麼
17.4.2準備和場地選擇
17.4.3概念設計
17.4.4初步設計
17.5海上風電場技術開發（通用目的）
17.5.1具體場地設計集成的差異
17.5.2集成工具間的相關性
17.5.3案例分析
17.5.4實際的技術開發
17.6未來趨勢
17.6.1背景及需求的發展
17.6.2設計目標和組織的發展
17.6.3設計方法的發展
17.6.4技術趨勢
17.7更多信息和建議的來源
17.8參考文獻
第18章海上風能系統的運行和維護
18.1引言
18.1.1海上風電場及其運行和維護
18.1.2運行和維護的關鍵指標
18.2運行和維護事項
18.2.1維護類型
18.2.2運行和維護計畫的開發
18.2.3故障維護
18.2.4基於狀態的維護
18.3運行和維護模型與策略
18.3.1建模方法
18.3.2ECN運行和維護工具
18.4採集運行經驗
18.4.1為什麼將運行經驗用於運行和維護的最佳化
18.4.2運行和維護數據
18.4.3狀態監測數據
18.4.4後勤數據
18.5具體站點運行和維護的最佳化及未來趨勢
18.5.1近海風電場
18.5.2遠海風電場
18.5.3運行和維護建模對應真實情況
18.6參考文獻
