风能技术

1 风车和风力发电发展史

1．1 20世纪以前的风力利用技术

1．2 风力发电发展简史

1．2．1 风力发电机组诞生的背景

1．2．2 风力发电的先驱者

1．2．3 以丹麦为中心的风力发电的发展史

1．2．4 20世纪风力发电机组技术的发展

2 风的特性和风能资源

2．1 风速功率谱

2．2 风速随高度变化

2．2．1 对数率分布

2．2．2 指数率分布

2．3 风速频率分布

2．4 风能

2．5 地形和风

2．5．1 日本各地由于区域地理环境形成的地形风

2．5．2 峡谷风

2．5．3 山脉对气流的抬升作用

2．6 风况分布图

2．6．1 局部地区风况预测模型LAwEPS

2．6．2 风况分布图

2．6．3 风速的历年变化

3 风力发电机组的布置

3．1 风和风能

3．2 风的特性

3．2．1 海陆风

3．2．2 山谷风

3．2．3 季风

3．2．4 高压低压引起的风

3．2．5 台风

3．2．6 地理环境形成的地形风

3．3 风的统计分析

3．3．1 逐时、月、年平均风速

3．3．2 风向玫瑰图

3．3．3 风速频率分布

3．3．4 威布尔分布

3．3．5 风功率密度

3．4 年发电量

3．5 风况数据的利用

3．5．1 风况观测站

3．5．2 日本的风况分布图

3．6 影响风况的各种因素

3．6．1 地表面的粗糙度

3．6．2 地形

3．6．3 障碍物

3．7 风况预测

3．7．1 基于风况观测数据进行风况预测的方法

3．7．2 利用气象模型进行风况预测方法

4 风力发电机组基础理论

4．1 风力发电机组种类与特征

4．1．1 风力发电机组分类

4．1．2 水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组

4．1．3 升力型风力发电机组和阻力型风力发电机组

4．2 风力发电机组转动原理

4．2．1 升力与阻力

4．2．2 升力型风力发电机组

4．2．3 阻力型风力发电机组

4．3 风力发电机组的性能评价

4．3．1 功率系数

4．3．2 力矩系数

4．3．3 推力系数

4．3．4 叶尖速度比(尖速比)

4．3．5 实度

4．4 风力发电机组的理论最大功率

4．4．1 升力型风力发电机组的最大功率系数

4．2 阻力型风力发电机组的最大功率系数

5 风力发电机组的空气动力学

5．1 风力发电机组基础理论

5．2 水平轴风力发电机组

5．2．1 水平轴风力发电机组性能分析与工作原理

5．2．2 直径20m的水平轴风力发电机组

5．2．3 水平轴风力发电机组设计

5．3 垂直轴风力发电机组

5．3．1 垂直轴风力发电机组分类

5．3．2 垂直轴风力发电机组特性

5．3．3 风力发电机组性能推导与空气动力学

5．3．4 影响风力发电机组性能的要素

5．3．5 垂直轴风力发电机组用叶片翼型

5．3．6 风力发电机组周围流场

5．3．7 关于垂直轴风力发电机组设计

6 风力发电系统设计

6．1 概念设计

6．1．1 风力发电机组形式

6．2 风力发电机组设计注意事项

6．2．1 设计标准

6．3 安全性与可靠性

6．3．1 控制装置与安全系统

6．3．2 其他安全注意事项

6．3．3 冗余设计

6．3．4 安全系统动作后恢复机器运转

6．3．5 安全保护装置

6．4 载荷

6．4．1 解析条件的规定

6．4．2 以IEC载荷为基础的解析

6．4．3 台风时的风载荷计算条件的具体举例

6．5 风力发电系统构成要素

6．5．1 叶片

6．5．2 轮毂．_

6．5．3 动力系统

6．5．4 偏航系统

6．5．5 叶片桨距可变机构的设计

6．5．6 发电机

6．5．7 其他机构

7 风力发电系统控制

7．1 风力发电机组

7．1．1 转数控制

7．1．2 方向控制

7．1．3 停机控制

7．2 发电机与运转方式

7．2．1 发电机

7．2．2 运转方式

7．3 风力发电系统

7．3．1 风力发电机组功率系数

……

8 风力发电系统

9 风力利用系统

10 评价利用风能的经济性

11 风能利用对环境的影响

12 风力发电的展望

参考文献 2100433B

《风能技术》是“新能源技术”丛书之一。风能作为一种重要的可再生能源，其具有清洁、无污染、安全、储量丰富的特点，受到世界各国的普遍重视。《风能技术》主要讲解了风车和风力发电发展史、风的特性和风能资源、风力发电机组的布置、风力发电机组基础理论、风力发电系统设计、风力发电系统控制等内容。《风能技术》内容丰富、图文并茂、重点突出、应用性强。

1.全球气候变暖，石油、天然气和煤炭的供应紧张，减排的呼声日趋高涨，风能、地热、太阳能等清洁能源排上了议题。我国作为四大风力发电国，需要大量懂技术的专业人才，风能工程硕士应运而生。那么什么是风能工程硕士呢？

2.风能工程硕士属于工程硕士的一个研究领域，全称 Master of Schience in Wind Engineering。主要培养掌握风能产业传统设备，了解风能产业最新发展动向，设计、建造和运用风能设备进行动力转换的技术性人才。风能工程硕士涉及机械、动力、环境等领域，与动力工程硕士、环境工程硕士、电气工程硕士、机械工程硕士等均有联系。

3.风能工程硕士的主要课程有：噪音与震动 、 结构及材料力学 、 空气动力学及空气弹性力学 、 可持续的能源系统 、 可持续的能源系统设计 、 网格集成及高压电、发电机及电力电子技术、 控制系统及自动化、环境科学基础等

4.风能工程硕士的选修课程有： 高级环境科学 、 能源的扩展成本 、 能源贸易 、 高级风电涡轮系统 、 高级动力工程数学等

5.风能工程硕士报名条件与软件工程硕士、电子与通信工程硕士相同，无需工作年限，应届毕业生即可报考。

海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为研究和应用的热点。多兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。随着风力发电的发展，陆地上的风机总数已经趋于饱和，海上风力发电场将成为未来发展的重点。海上发电是国际风力发电产业发展的新领域，是“方向中的方向”。

中国海上风能资源储量远大于陆地风能，储量10m高度可利用的风能资源超过7亿kW，而且距离电力负荷中心很近。上海已开始海上风力发电项目的建设，到2010年，上海的风力发电总装机容量将达到200-300兆瓦。为达到这一目标，中国第一座长距离跨海大桥东海大桥两侧将建成中国内地首个海上风力发电场。

风能技术分为大型风电技术和中小型风电技术，虽然都属于风能技术，工作原理也相同，但是却属于完全不同的两个行业。具体表现在：政策导向不同、市场不同、应用领域不同、应用技术更是不同，完全属于同种产业中的两个行业。因此，在中国风力机械行业会议上已经把大型风电和中小型风电区分出来分别对待。此外，为满足市场不同需求，延伸出来的风光互补技术不仅推动了中小型风电技术的发展，还为中小型风电开辟了新的市场。

风电技术大型风电技术

我国大型风电技术与国际还有一定差距。大型风电技术起源于丹麦、荷兰等一些欧洲国家，由于当地风能资源丰富，风电产业受到政府的助推，大型风电技术和设备的发展在国际上遥遥领先。我国政府也开始助推大型风电技术的发展，并出台一系列政策引导产业发展。大型风电技术都是为大型风力发电机组设计的，而大型风力发电机组应用区域对环境的要求十分严格，都是应用在风能资源丰富而资源有限的风场上，常年接受各种各样恶劣环境考研。环境的复杂多变性，对技术的高度要求就直线上升。国内大型风电技术普遍还不成熟，大型风电的核心技术仍然依靠国外，国家政策的引导使国内的风电项目迅猛在各地上马，都期望能借此分得一杯羹。名副其实的“疯电”借着政策的东风开始燎原之势。虽然风电项目纷纷上马，但多为配套类型，完全拥有自主知识产权的大型风电系统技术和核心技术少之又少。还需经历几年环境考验的大型风电技术才能逐渐成熟。此外，大型风电技术中发电并网的技术还在完善，一系列的问题还在制约大型风电技术的发展。

风电技术中小型风电技术

我国中小型风电技术可以与国际相媲美。在本世纪70年代中小型风电技术在我国风况资源较好的内蒙、新疆一带就已经得到了发展。最初中小型风电技术被广泛应用在送电到乡的项目，为一家一户的农牧民家用供电。随着技术的更新不断的完善与发展，不仅能单独应用还能与光电组合互补，已被广泛应用于分布式独立供电。这些年来随着我国中小型风电出口的稳步提升，在国际上，我国的中小型风电技术和风光互补技术已跃居国际领先地位。

中小型风电技术成熟受自然资源限制相对较小，作为分布式独立发电效果显著。不仅可以并网，而且还能结合光电形成更稳定可靠的风光互补技术，况且技术完全自主国产化。无论从技术还是价格在国际上都十分具有竞争优势，在国际上已打响了中小型风电的中国品牌。在国内最具技术优势和竞争力的中小型风力发电一直是被政府和政策遗忘的一个角落。究其原因，在早期国家一直把中小型风力发电定位到内蒙、新疆等偏远地区农牧民使用且归入农机类，价格低廉、粗制滥造、性能可靠度低、安全无保障、使用地多为人烟稀少区，国内市场大多都在丧失可靠性的前提下大打价格战，在人们潜意识里形成较差的认识，因此得不到国家的重视和发展。

国内中小型风电的技术中“低风速启动、低风速发电、变桨矩、多重保护等等”一系列技术得到国际市场的瞩目和国际客户的一致认可，已处于国际领先地位。况且中小型风电技术最终是为满足分布式独立供电的终端市场，而非如大型风电技术是满足发电并网的国内垄断性市场，技术的更新速度必须适应广阔而快速发展的市场需求。

风电技术风光互补技术

风光互补技术整合了中小型风电技术和太阳能技术，综合了各种应用领域的新技术，其涉及的领域之多、应用范围之广、技术差异化之大，是各种单独技术所无法比拟的。

风能和太阳能是全球在新能源利用方面技术最成熟、最具规模化和产业化发展的行业，单独的风能和单独的太阳能都有其开发的弊端，而风力发电和太阳能发电两者互补性的结合实现了两种新能源在自然资源的配置方面、技术方案的整合方面、性能与价格的对比方面都达到了对新能源的综合利用最合理，不但降低了满足同等需求下的单位成本，而且扩大了市场的应用范围，还提高了产品的可靠性。

此外，太阳能和风能同属新能源，太阳能比风能起步要晚的多。太阳能光伏发电30元/瓦左右的价格受到大众认可，可是转换效率仅有15%左右;中小型风力发电的价格仅为同等功率的1/5-1/6时，转换效率却有60%-80%，如此低的价格更有甚者还在压低。光电生产过程中对环境造成的污染远大于风电，却比风电能得到长足的发展，这样的对比反差耐人沉思。如果从人们用能的角度考虑，最终是为了满足用电，从发电量来衡量风能的成本要比太阳能经济许多。

风光互补整合了太阳能和风能优势，不仅为“节能、减排”开辟了新的天地，而且以应用科学来满足人类需求方面，为世界进入第四次革命打开了新的一页。