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编辑推荐

适读人群 ：本书适合于从事风电领域内工作的工程师和技术人员阅读参考，也适合作为高等院校热动力专业的教学参考书，对想了解风能发电的读者也是一本好的科普教材。
　　《风能与风力发电技术（第3版）》自2007年1月第一版印刷以来，承蒙广大读者的厚爱，很快销售一空，五次再印还不能满足读者的要求。台湾出版商和读者也深感兴趣，买去了版权，已在台湾和世界各地出版发行。2010年，利用第五次再印的机会，决定出第二版发行。第二版的章节和内容都做了大的改动，删除了原书的第8、第9两章；增加了第6章和第8章内容；增加的“4。2风力机设计要求”一节，放在第4章（均是二版序号）。第二版书承蒙读者厚爱，很快又销售一空。根据风电市场需求，2015年初，出版社决定再次增加新的内容，出第三版。第三版增加了第四章：风力机设计规范；第七章增加了第7。8节、7。9节；和第10章：垂直轴风力机。全书内容增加约四分之一。特别是第四章：风力机设计规范，是风力机设计人员好的设计参考资料。第10章：垂直轴风力机是一章有一定技术性的科普资料，为广大读者了解垂直轴风力机，提供了必须的知识。也为想研究设计垂直轴风力机的读者，提供了一些必要的准备。这本第三版书将以新的面目与读者见面，帮助读者对风力发电和风力机设计的新技术有更加全面的知识。

内容简介

　　《风能与风力发电技术（第3版）》介绍了有关风力发电的基本知识和技术，通俗地分析了风的形成、风的分类和风能定量评估。详细阐述了风轮机的基本工作原理、工程设计方法和风轮机优化设计；对风轮机的结构、空气动力学特性、安全运行、风力机发电系统及风轮机材料等，进行了说明和分析；同时论述了风力机设计要求、大型风力机设计和特殊用途用风力机（海上风力机、低温风力机、高原风力机和直接驱动式风力机）等。还对风轮机的一些特殊问题，例如变速/恒频技术、迎风调节、风轮叶片材料和制造、风电场优化分析、风资源对性能的影响等搜集了大量的数据资料供参考查询。本书第三版除全部订正了和时间相关的数据外，又增加了风力机设计规范、5MW以上的超大型风力机典型设计数据和垂直轴风力机等内容。使本书更全面、更具工程参考价值，对风电业各类从业人员更加适用。本书适合于从事风电领域工作的工程师和设计技术人员阅读参考，也适合作为高等院校热动力专业的教学参考书。对想了解风能发电的读者也是一本极好的科普读物。

作者简介

　　刘万琨，四川德阳东方汽轮机厂产品开发处，教授级高级工程师 国务院津贴专家，工作38年，一直从事汽轮机和燃气轮机设计和研究。
　　参与设计或主要负责设计、研究的汽轮机有：75MW ;200MW;300MW;600MW汽轮机叶片和660mm;680mm;710mm;800;851mm;909mm1000mm;1200mm末级长叶片设计。
　　燃气轮机有：3000hp；12000kw;8000hp;6000kw;17800kw等机组。
　　主要负责科研项目数十项，其中获省部级科技进步一等奖3项；二等奖4项；三等奖若干。获局级、厂级科技进步奖若干。
　　2002年编辑“风能与风力发电技术”内部刊物，参与工厂风力机产品启动。化工出版社出版的风电书三册、燃气轮机书一册、核电书一册。

内页插图

目录

第1章风与风能1
1.1风1
1.1.1风的形成1
1.1.2风向与风速2
1.2风能5
1.2.121世纪的最主要能源5
1.2.2风能密度7
1.2.3风能密度计算方法7
1.2.4地球上风能资源分布7
1.2.5我国风能资源分区9
1.2.6风能的三级区划指标体系11
1.2.7风资源描述的基本理论12
1.3风电场选址22
1.3.1风电场选址的技术原则22
1.3.2风电场现场位置选择对策23
1.4风电场风能资源评估25
1.4.1风电场风能资源测量方法25
1.4.2风电场风能资源评估方法27
第2章风能发电31
2.1风力机的型式31
2.1.1水平轴式风力发电装置32
2.1.2垂直轴式风力机33
2.2风能发电34
2.3并网风力发电的价值分析36
2.3.1并网风力发电的价值分析36
2.3.2风电项目可行性研究38
2.4风力发电装置38
2.4.1风轮38
2.4.2调速器和限速装置39
2.4.3调向装置41
2.4.4传动机构41
2.4.5塔架42
2.5大中型风电场设计42
2.5.1风力资源评估所需的基本资料42
2.5.2风力发电场址的选择42
2.5.3风力发电机组选型和布置44
2.5.4风力发电机布置和风能计算45
2.5.5风力发电机基础46
2.5.6风力发电场的经济效益和社会效益评价47
2.6风力发电设备的优化分析48
2.6.1优化选型因素分析48
2.6.2财务预测结果49
2.7风力机安全运行50
2.7.1风力机运行流程50
2.7.2正常运行过程51
2.7.3运行安全性53
2.7.4安全性方针53
2.7.5风力机载荷设计54
2.7.6风轮机与航空安全问题55
第3章风力发电技术56
3.1功率调节56
3.1.1定桨距失速调节56
3.1.2变桨距角调节56
3.1.3混合调节58
3.2变转速运行58
3.2.1影响风力机功率的因素58
3.2.2变转速运行的特点59
3.3发电机变转速/恒频技术59
3.3.1并网运行风力机频率恒定问题59
3.3.2变转速／恒频风力机用发电机61
3.4风轮机迎风技术61
3.4.1风轮机风向跟踪原理61
3.4.2风轮机风向跟踪方法62
3.5风电品质62
3.5.1风力机改善风电品质的方法62
3.5.2发电机和电网接口功能62
3.6风力机结构和空气动力学63
3.6.1风力机结构设计63
3.6.2风力机气动力学设计63
3.7风力机控制技术63
3.7.1风力发电系统模型描述63
3.7.2风力发电系统自适应控制器64
3.7.3风力发电系统模糊控制64
第4章风力机设计规范65
4.1风力机整机设计规范65
4.1.1风力发电机组整机技术要求65
4.1.2其他环境条件66
4.1.3电网条件67
4.2风轮机叶片、轮毂设计规范67
4.2.1叶片设计要求67
4.2.2叶片设计规范67
4.2.3轮毂设计68
4.3风轮机叶片设计69
4.3.1设计要求69
4.3.2环境适应性70
4.3.3安全和环保71
4.3.4叶片材料要求71
4.4风轮机叶片试验、验收规范73
4.4.1试验方法73
4.4.2检验规则及验收77
4.4.3叶片的标志和使用维护说明书78
4.4.4.叶片包装、贮存、运输78
第5章风轮机设计79
5.1风轮机的基本理论79
5.1.1风性能描述79
5.1.2风能和风的能量密度80
5.1.3风能利用系数81
5.1.4风轮机的桨叶设计82
5.1.5风轮机的空气动力特性84
5.2风力机设计要求85
5.2.1风力机设计安全等级85
5.2.2一般等级风力机的安全系数和强度分析86
5.2.3风力机设计要求88
5.2.4风力机整机技术要求106
5.2.5齿轮箱技术要求107
5.2.6塔架技术要求107
5.2.7风轮叶片技术要求108
5.3风轮机工程设计112
5.3.1风轮机工程设计方法112
5.3.2风力机的各种设计方案116
5.4风轮机优化设计117
5.4.1风轮机优化设计原理117
5.4.2风轮机优化设计举例118
5.5风轮机模化设计121
5.5.1风轮机模型及特性121
5.5.2风轮机模化设计方法121
5.6风轮机工程设计图例122
5.7风轮机的设计与制造123
5.7.1功率设计124
5.7.2风轮设计129
5.7.3齿轮箱和刹车机构135
5.7.4电器系统和发电系统设计137
5.7.5机舱和对风控制140
5.7.6塔架设计143
5.7.7弹性体系统动态振动设计145
5.7.8功率和转速调节147
5.7.9风力机成本分析154
5.8风轮机材料155
5.8.1风轮机用材料155
5.8.2各种风轮机材料157
5.9风力机设计风速问题159
5.9.1设计风速问题159
5.9.2风电场优化161
第6章风轮机和风电场数值计算164
6.1风电场数值模型164
6.1.1流体力学的控制方程164
6.1.2守恒形式的控制方程组164
6.1.3补充方程166
6.1.4边界条件166
6.1.5控制方程离散-有限差分法166
6.2风轮机设计软件168
6.2.1软件计算举例168
6.2.2计算结果及分析169
6.3风电场数值计算软件包171
6.3.1典型风电场数值计算软件包171
6.3.2Bladed软件包计算功能171
6.4风力机设计软件包的开发174
6.4.1风力发电机设计软件包174
6.4.2软件包模块和数据库174
6.4.3风力机空气动力学研究175
6.4.4风力机动态测试方法的研究176
6.4.5储能方法的研究176
6.4.6小型风电场规划方法的研究177
6.5风力机可靠性数值研究177
6.5.1风力机在恶劣环境下的可靠性研究177
6.5.2风力机抗台风设计181
第7章大型风力机设计184
7.1250～1200kW风力机系列184
7.1.1S系列风力机技术参数184
7.1.2NA系列风力机技术参数185
7.21000kW级风力机设计186
7.2.1FD60A型风力机设计186
7.2.2V52-850kW风力机设计200
7.2.31200kW级风力机设计201
7.31500kW级风力机设计202
7.3.1FD70A/ FD77A风力机设计202
7.3.2S70/S77风力机设计209
7.3.3V82-1650kW风力机设计212
7.42000kW级风力机设计214
7.4.1R82/2000kW风力机设计214
7.4.2V90-1800/2000kW风力机设计215
7.4.3V80-2000kW风力机设计217
7.52500kW级风力机设计219
7.5.1FD90/2500kW型风力机设计219
7.5.2N80、N90风力机设计223
7.63000kW级风力机设计226
7.6.1W90/3000kW风力机设计226
7.6.2V90-1-3000kW风力机设计226
7.6.3V112-1- 3000kW风力机设计228
7.75000kW级风力机设计229
7.7.1FC/5000/126-136风力机设计229
7.7.2R-5M风力机设计232
7.7.3R系列大型风力机233
7.8超大型风力发电机设计235
7.8.1西门子6.0MW海上风力发电机235
7.8.2三菱重工7MW海上风力发电机236
7.8.3美国超导10MW海上风力发电机236
7.8.4超大型风力发电机概念设计237
7.9我国大型风力发电机组发展趋势239
第8章风力机发电系统242
8.1风力机对发电系统的一般要求242
8.1.1风力机发电系统的特殊性242
8.1.2一般要求242
8.2恒速/恒频发电机系统242
8.2.1同步发电机243
8.2.2感应发电机243
8.3变速/恒频发电机系统245
8.3.1不连续变速系统245
8.3.2连续变速系统246
8.4小型直流发电系统248
8.4.1交流永磁发电机248
8.4.2无刷爪极自励发电机249
第9章特殊用途风力机设计250
9.1海上用风力机设计250
9.1.1近海风电场技术251
9.1.2浅海风电场投资概算256
9.1.3海上风力发电技术257
9.1.4漂浮式海上风电场259
9.1.5海上风力机260
9.2低温地区风力机设计266
9.2.1低温环境对风力发电机组的影响266
9.2.2低温对风轮机叶片的影响268
9.3高原高寒地区风力机设计269
9.3.1高原环境空气密度对风力发电的影响269
9.3.2高原环境大气温度对风力发电的影响269
9.3.3高原雷暴的影响270
9.3.4其他因素的影响270
9.3.5高原风力机设计改进措施271
9.4免齿轮箱式直接驱动型风力机设计272
9.4.1直接驱动式风力机原理272
9.4.2变速直驱永磁发电机控制系统274
9.4.3离网型低速永磁发电机278
9.4.4直接驱动型风力机组 280
9.5太阳能烟囱热能风力发电系统282
9.5.1太阳能发电技术282
9.5.2太阳能烟囱热能风力发电系统284
9.5.3热能风力涡轮机与风力机285
9.5.4太阳能烟囱发电系统工程计算方法289
9.5.5热能风力涡轮机设计292
9.5.6太阳能烟囱电厂热能风力涡轮机方案293
第10章垂直轴风力机295
10.1概述295
10.1.1垂直轴风力机295
10.1.2垂直轴风力机结构特点297
10.1.3升力型垂直轴风力机气动原理298
10.1.4垂直轴风力机叶片设计300
10.1.5垂直轴风力机与水平轴风力机比较301
10.2达里厄风轮叶片型线设计303
10.2.1风轮Troposkien曲线方程303
10.2.2风轮Troposkien曲线设计305
10.3达里厄风轮气动性能计算模型306
10.3.1单流管模型307
10.3.2多流管模型308
10.3.3双向多流管模型310
10.4达里厄风力机设计315
10.4.1风轮设计315
10.4.2结构设计316
10.4.3500kW垂直轴风力发电机设计317
10.4.4兆瓦级垂直轴风力机设计参数319
10.4.5垂直轴风力机典型设计数据319
10.5垂直轴风力机的应用和发展325
10.5.1垂直轴风力机的应用325
10.5.2垂直轴风力机的缺点328
10.5.3达里厄风力机设计发展趋势329
10.5.4垂直轴风力机发展对策333
附录334
附录1风力等级和风压计算334
附录2小型风力机技术数据335
附录3风力机技术术语规范和定义336
附录4风力发电装置国家和国际标准344
附图1中国风能分布图345
附图2风速大于3m/s的有效风功率密度分布图346
附图3中国全年风速大于3m/s的小时数分布图346
参考文献347

精彩书摘

　　第10章垂直轴风力机
　　目前在运的大型风电机组，仍以水平轴风力机为主。这种风电机组的技术构成复杂、造价高。运行限制条件严格，适合运行的风速范围较窄。因此，在短期内难以大幅度降低成本。针对低风速风能利用和噪音要求低的需要，研发新型的风力发电设备，对促进新能源产业技术进步，有重要意义。
　　垂直轴风力机具有外流空气动力学，和内流空气动力学的特点。进行叶片气动设计时，须综合考虑内流与外流的物理条件、流动条件，及其对流型所产生的影响。采用合理的叶片布置方式，即使在低风速下，垂直轴风力机仍可以自启动。
　　本章简介了垂直轴风力机的基本知识，和设计原理。供进一步研究垂直轴风力机参考。
　　……

前言/序言

　　第三版前言
　　太阳向宇宙空间辐射的总能量约3.75×1023kW（3750万万万亿千瓦），其中20亿分之一的能量到达地球的大气层。经大气层反射、吸收，最后有1.7×1014kW（170万亿千瓦）太阳能到达地球表面。到达地球表面的太阳辐射能量，只有约2％转化为风能。估计的全球风能总量约2.74×109MW(2.74万亿千瓦)，其中可利用的风能为2×1010kW（200亿千瓦），比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。按目前太阳质量消耗率计，太阳能还可供地球使用约50亿年。可见，太阳能和风能是一种取之不尽、用之不竭的能源，又是可再生能源。
　　我国风能资源丰富。平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32亿千瓦。可开发利用的陆上风能储量2.53亿千瓦，加上近海可开发利用的风能储量7.5亿千瓦，共计约10亿千瓦。截至2014年，我国风电新增装机2340万千瓦，累计装机达到1.15亿千瓦。约占全国电力总装机的10%。
　　风力机是将风动能转换为机械功的一种动力机械，广义地说，风力机是以太阳为热源、以大气为工质的热能转换的叶片式热力发动机。风车是最早的一种风力机械，公元前2世纪在波斯，人们利用垂直轴风车碾米。
　　风力机用于发电的设想，最早始于19世纪末。1887年，美国人Brush建造了第一台发电用风力机。到1918年，丹麦已拥有风力发电机120台，额定功率为5～25kW不等。
　　第一次世界大战后，飞机螺旋桨技术和近代气体动力学理论，为风轮叶片的设计创造了条件，出现了现代高速风力机。第二次世界大战前后，欧洲国家和美国相继建造了一批大型的风力发电机。1941年，美国建造了一台双叶片、风轮直径达53.3m的风力发电机，风速13.4m/s时，输出功率达1250kW。
　　1957年，Juul建造的风机，已初具现代风机雏形，风机由一个发电机和三个旋转叶片组成。
　　20世纪80年代美国成功开发了100kW、200kW、2000kW、2500kW、6200kW、7200kW6种系列风力发电机组。
　　截至2014年，全球风电整机制造商按市场份额排名前十名中，第一是丹麦维斯塔斯，其次是德国西门子、美国通用电气(GE)、中国金风科技、德国Enercon、印度Suzlon、中国国电联合动力、西班牙歌美飒、中国明阳和中国远景能源。德国西门子在海上风电市场中处于绝对领先地位。
　　风力机的最主要部件——风轮机与汽轮机有很多相似点：例如都是叶片式机械、都基于机翼升力理论；影响性能的主要参数都是速度比，风力机叶尖速度比λ，是叶尖圆周速度与风速之比，是风能机风能利用系数最重要的参数。汽轮机是速度比Xuc0，是叶片中径圆周速度u与级理想速度c0之比，是决定级轮周效率最重要的参数；两种机械的特性都与叶型来流角度强相关，有正攻角工况、负攻角工况和失速工况、颤振工况等；还有动态共振特性等。正是这些共通点，由汽轮机制造厂来自主开发风力机是非常合适的。
　　然而，风力机由于是低能头转换机械，它又有很多与汽轮机不同的特点。例如风力机都是单级、叶片数目特别少，比如只有两片、三片、四片等，而汽轮机是多级（30～40级）多叶片（每级100～200

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