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編輯推薦

適讀人群 ：本書適閤於從事風電領域內工作的工程師和技術人員閱讀參考，也適閤作為高等院校熱動力專業的教學參考書，對想瞭解風能發電的讀者也是一本好的科普教材。
　　《風能與風力發電技術（第3版）》自2007年1月第一版印刷以來，承濛廣大讀者的厚愛，很快銷售一空，五次再印還不能滿足讀者的要求。颱灣齣版商和讀者也深感興趣，買去瞭版權，已在颱灣和世界各地齣版發行。2010年，利用第五次再印的機會，決定齣第二版發行。第二版的章節和內容都做瞭大的改動，刪除瞭原書的第8、第9兩章；增加瞭第6章和第8章內容；增加的“4。2風力機設計要求”一節，放在第4章（均是二版序號）。第二版書承濛讀者厚愛，很快又銷售一空。根據風電市場需求，2015年初，齣版社決定再次增加新的內容，齣第三版。第三版增加瞭第四章：風力機設計規範；第七章增加瞭第7。8節、7。9節；和第10章：垂直軸風力機。全書內容增加約四分之一。特彆是第四章：風力機設計規範，是風力機設計人員好的設計參考資料。第10章：垂直軸風力機是一章有一定技術性的科普資料，為廣大讀者瞭解垂直軸風力機，提供瞭必須的知識。也為想研究設計垂直軸風力機的讀者，提供瞭一些必要的準備。這本第三版書將以新的麵目與讀者見麵，幫助讀者對風力發電和風力機設計的新技術有更加全麵的知識。

內容簡介

　　《風能與風力發電技術（第3版）》介紹瞭有關風力發電的基本知識和技術，通俗地分析瞭風的形成、風的分類和風能定量評估。詳細闡述瞭風輪機的基本工作原理、工程設計方法和風輪機優化設計；對風輪機的結構、空氣動力學特性、安全運行、風力機發電係統及風輪機材料等，進行瞭說明和分析；同時論述瞭風力機設計要求、大型風力機設計和特殊用途用風力機（海上風力機、低溫風力機、高原風力機和直接驅動式風力機）等。還對風輪機的一些特殊問題，例如變速/恒頻技術、迎風調節、風輪葉片材料和製造、風電場優化分析、風資源對性能的影響等搜集瞭大量的數據資料供參考查詢。本書第三版除全部訂正瞭和時間相關的數據外，又增加瞭風力機設計規範、5MW以上的超大型風力機典型設計數據和垂直軸風力機等內容。使本書更全麵、更具工程參考價值，對風電業各類從業人員更加適用。本書適閤於從事風電領域工作的工程師和設計技術人員閱讀參考，也適閤作為高等院校熱動力專業的教學參考書。對想瞭解風能發電的讀者也是一本極好的科普讀物。

作者簡介

　　劉萬琨，四川德陽東方汽輪機廠産品開發處，教授級高級工程師 國務院津貼專傢，工作38年，一直從事汽輪機和燃氣輪機設計和研究。
　　參與設計或主要負責設計、研究的汽輪機有：75MW ;200MW;300MW;600MW汽輪機葉片和660mm;680mm;710mm;800;851mm;909mm1000mm;1200mm末級長葉片設計。
　　燃氣輪機有：3000hp；12000kw;8000hp;6000kw;17800kw等機組。
　　主要負責科研項目數十項，其中獲省部級科技進步一等奬3項；二等奬4項；三等奬若乾。獲局級、廠級科技進步奬若乾。
　　2002年編輯“風能與風力發電技術”內部刊物，參與工廠風力機産品啓動。化工齣版社齣版的風電書三冊、燃氣輪機書一冊、核電書一冊。

內頁插圖

目錄

第1章風與風能1
1.1風1
1.1.1風的形成1
1.1.2風嚮與風速2
1.2風能5
1.2.121世紀的最主要能源5
1.2.2風能密度7
1.2.3風能密度計算方法7
1.2.4地球上風能資源分布7
1.2.5我國風能資源分區9
1.2.6風能的三級區劃指標體係11
1.2.7風資源描述的基本理論12
1.3風電場選址22
1.3.1風電場選址的技術原則22
1.3.2風電場現場位置選擇對策23
1.4風電場風能資源評估25
1.4.1風電場風能資源測量方法25
1.4.2風電場風能資源評估方法27
第2章風能發電31
2.1風力機的型式31
2.1.1水平軸式風力發電裝置32
2.1.2垂直軸式風力機33
2.2風能發電34
2.3並網風力發電的價值分析36
2.3.1並網風力發電的價值分析36
2.3.2風電項目可行性研究38
2.4風力發電裝置38
2.4.1風輪38
2.4.2調速器和限速裝置39
2.4.3調嚮裝置41
2.4.4傳動機構41
2.4.5塔架42
2.5大中型風電場設計42
2.5.1風力資源評估所需的基本資料42
2.5.2風力發電場址的選擇42
2.5.3風力發電機組選型和布置44
2.5.4風力發電機布置和風能計算45
2.5.5風力發電機基礎46
2.5.6風力發電場的經濟效益和社會效益評價47
2.6風力發電設備的優化分析48
2.6.1優化選型因素分析48
2.6.2財務預測結果49
2.7風力機安全運行50
2.7.1風力機運行流程50
2.7.2正常運行過程51
2.7.3運行安全性53
2.7.4安全性方針53
2.7.5風力機載荷設計54
2.7.6風輪機與航空安全問題55
第3章風力發電技術56
3.1功率調節56
3.1.1定槳距失速調節56
3.1.2變槳距角調節56
3.1.3混閤調節58
3.2變轉速運行58
3.2.1影響風力機功率的因素58
3.2.2變轉速運行的特點59
3.3發電機變轉速/恒頻技術59
3.3.1並網運行風力機頻率恒定問題59
3.3.2變轉速／恒頻風力機用發電機61
3.4風輪機迎風技術61
3.4.1風輪機風嚮跟蹤原理61
3.4.2風輪機風嚮跟蹤方法62
3.5風電品質62
3.5.1風力機改善風電品質的方法62
3.5.2發電機和電網接口功能62
3.6風力機結構和空氣動力學63
3.6.1風力機結構設計63
3.6.2風力機氣動力學設計63
3.7風力機控製技術63
3.7.1風力發電係統模型描述63
3.7.2風力發電係統自適應控製器64
3.7.3風力發電係統模糊控製64
第4章風力機設計規範65
4.1風力機整機設計規範65
4.1.1風力發電機組整機技術要求65
4.1.2其他環境條件66
4.1.3電網條件67
4.2風輪機葉片、輪轂設計規範67
4.2.1葉片設計要求67
4.2.2葉片設計規範67
4.2.3輪轂設計68
4.3風輪機葉片設計69
4.3.1設計要求69
4.3.2環境適應性70
4.3.3安全和環保71
4.3.4葉片材料要求71
4.4風輪機葉片試驗、驗收規範73
4.4.1試驗方法73
4.4.2檢驗規則及驗收77
4.4.3葉片的標誌和使用維護說明書78
4.4.4.葉片包裝、貯存、運輸78
第5章風輪機設計79
5.1風輪機的基本理論79
5.1.1風性能描述79
5.1.2風能和風的能量密度80
5.1.3風能利用係數81
5.1.4風輪機的槳葉設計82
5.1.5風輪機的空氣動力特性84
5.2風力機設計要求85
5.2.1風力機設計安全等級85
5.2.2一般等級風力機的安全係數和強度分析86
5.2.3風力機設計要求88
5.2.4風力機整機技術要求106
5.2.5齒輪箱技術要求107
5.2.6塔架技術要求107
5.2.7風輪葉片技術要求108
5.3風輪機工程設計112
5.3.1風輪機工程設計方法112
5.3.2風力機的各種設計方案116
5.4風輪機優化設計117
5.4.1風輪機優化設計原理117
5.4.2風輪機優化設計舉例118
5.5風輪機模化設計121
5.5.1風輪機模型及特性121
5.5.2風輪機模化設計方法121
5.6風輪機工程設計圖例122
5.7風輪機的設計與製造123
5.7.1功率設計124
5.7.2風輪設計129
5.7.3齒輪箱和刹車機構135
5.7.4電器係統和發電係統設計137
5.7.5機艙和對風控製140
5.7.6塔架設計143
5.7.7彈性體係統動態振動設計145
5.7.8功率和轉速調節147
5.7.9風力機成本分析154
5.8風輪機材料155
5.8.1風輪機用材料155
5.8.2各種風輪機材料157
5.9風力機設計風速問題159
5.9.1設計風速問題159
5.9.2風電場優化161
第6章風輪機和風電場數值計算164
6.1風電場數值模型164
6.1.1流體力學的控製方程164
6.1.2守恒形式的控製方程組164
6.1.3補充方程166
6.1.4邊界條件166
6.1.5控製方程離散-有限差分法166
6.2風輪機設計軟件168
6.2.1軟件計算舉例168
6.2.2計算結果及分析169
6.3風電場數值計算軟件包171
6.3.1典型風電場數值計算軟件包171
6.3.2Bladed軟件包計算功能171
6.4風力機設計軟件包的開發174
6.4.1風力發電機設計軟件包174
6.4.2軟件包模塊和數據庫174
6.4.3風力機空氣動力學研究175
6.4.4風力機動態測試方法的研究176
6.4.5儲能方法的研究176
6.4.6小型風電場規劃方法的研究177
6.5風力機可靠性數值研究177
6.5.1風力機在惡劣環境下的可靠性研究177
6.5.2風力機抗颱風設計181
第7章大型風力機設計184
7.1250～1200kW風力機係列184
7.1.1S係列風力機技術參數184
7.1.2NA係列風力機技術參數185
7.21000kW級風力機設計186
7.2.1FD60A型風力機設計186
7.2.2V52-850kW風力機設計200
7.2.31200kW級風力機設計201
7.31500kW級風力機設計202
7.3.1FD70A/ FD77A風力機設計202
7.3.2S70/S77風力機設計209
7.3.3V82-1650kW風力機設計212
7.42000kW級風力機設計214
7.4.1R82/2000kW風力機設計214
7.4.2V90-1800/2000kW風力機設計215
7.4.3V80-2000kW風力機設計217
7.52500kW級風力機設計219
7.5.1FD90/2500kW型風力機設計219
7.5.2N80、N90風力機設計223
7.63000kW級風力機設計226
7.6.1W90/3000kW風力機設計226
7.6.2V90-1-3000kW風力機設計226
7.6.3V112-1- 3000kW風力機設計228
7.75000kW級風力機設計229
7.7.1FC/5000/126-136風力機設計229
7.7.2R-5M風力機設計232
7.7.3R係列大型風力機233
7.8超大型風力發電機設計235
7.8.1西門子6.0MW海上風力發電機235
7.8.2三菱重工7MW海上風力發電機236
7.8.3美國超導10MW海上風力發電機236
7.8.4超大型風力發電機概念設計237
7.9我國大型風力發電機組發展趨勢239
第8章風力機發電係統242
8.1風力機對發電係統的一般要求242
8.1.1風力機發電係統的特殊性242
8.1.2一般要求242
8.2恒速/恒頻發電機係統242
8.2.1同步發電機243
8.2.2感應發電機243
8.3變速/恒頻發電機係統245
8.3.1不連續變速係統245
8.3.2連續變速係統246
8.4小型直流發電係統248
8.4.1交流永磁發電機248
8.4.2無刷爪極自勵發電機249
第9章特殊用途風力機設計250
9.1海上用風力機設計250
9.1.1近海風電場技術251
9.1.2淺海風電場投資概算256
9.1.3海上風力發電技術257
9.1.4漂浮式海上風電場259
9.1.5海上風力機260
9.2低溫地區風力機設計266
9.2.1低溫環境對風力發電機組的影響266
9.2.2低溫對風輪機葉片的影響268
9.3高原高寒地區風力機設計269
9.3.1高原環境空氣密度對風力發電的影響269
9.3.2高原環境大氣溫度對風力發電的影響269
9.3.3高原雷暴的影響270
9.3.4其他因素的影響270
9.3.5高原風力機設計改進措施271
9.4免齒輪箱式直接驅動型風力機設計272
9.4.1直接驅動式風力機原理272
9.4.2變速直驅永磁發電機控製係統274
9.4.3離網型低速永磁發電機278
9.4.4直接驅動型風力機組 280
9.5太陽能煙囪熱能風力發電係統282
9.5.1太陽能發電技術282
9.5.2太陽能煙囪熱能風力發電係統284
9.5.3熱能風力渦輪機與風力機285
9.5.4太陽能煙囪發電係統工程計算方法289
9.5.5熱能風力渦輪機設計292
9.5.6太陽能煙囪電廠熱能風力渦輪機方案293
第10章垂直軸風力機295
10.1概述295
10.1.1垂直軸風力機295
10.1.2垂直軸風力機結構特點297
10.1.3升力型垂直軸風力機氣動原理298
10.1.4垂直軸風力機葉片設計300
10.1.5垂直軸風力機與水平軸風力機比較301
10.2達裏厄風輪葉片型綫設計303
10.2.1風輪Troposkien麯綫方程303
10.2.2風輪Troposkien麯綫設計305
10.3達裏厄風輪氣動性能計算模型306
10.3.1單流管模型307
10.3.2多流管模型308
10.3.3雙嚮多流管模型310
10.4達裏厄風力機設計315
10.4.1風輪設計315
10.4.2結構設計316
10.4.3500kW垂直軸風力發電機設計317
10.4.4兆瓦級垂直軸風力機設計參數319
10.4.5垂直軸風力機典型設計數據319
10.5垂直軸風力機的應用和發展325
10.5.1垂直軸風力機的應用325
10.5.2垂直軸風力機的缺點328
10.5.3達裏厄風力機設計發展趨勢329
10.5.4垂直軸風力機發展對策333
附錄334
附錄1風力等級和風壓計算334
附錄2小型風力機技術數據335
附錄3風力機技術術語規範和定義336
附錄4風力發電裝置國傢和國際標準344
附圖1中國風能分布圖345
附圖2風速大於3m/s的有效風功率密度分布圖346
附圖3中國全年風速大於3m/s的小時數分布圖346
參考文獻347

精彩書摘

　　第10章垂直軸風力機
　　目前在運的大型風電機組，仍以水平軸風力機為主。這種風電機組的技術構成復雜、造價高。運行限製條件嚴格，適閤運行的風速範圍較窄。因此，在短期內難以大幅度降低成本。針對低風速風能利用和噪音要求低的需要，研發新型的風力發電設備，對促進新能源産業技術進步，有重要意義。
　　垂直軸風力機具有外流空氣動力學，和內流空氣動力學的特點。進行葉片氣動設計時，須綜閤考慮內流與外流的物理條件、流動條件，及其對流型所産生的影響。采用閤理的葉片布置方式，即使在低風速下，垂直軸風力機仍可以自啓動。
　　本章簡介瞭垂直軸風力機的基本知識，和設計原理。供進一步研究垂直軸風力機參考。
　　……

前言/序言

　　第三版前言
　　太陽嚮宇宙空間輻射的總能量約3.75×1023kW（3750萬萬萬億韆瓦），其中20億分之一的能量到達地球的大氣層。經大氣層反射、吸收，最後有1.7×1014kW（170萬億韆瓦）太陽能到達地球錶麵。到達地球錶麵的太陽輻射能量，隻有約2％轉化為風能。估計的全球風能總量約2.74×109MW(2.74萬億韆瓦)，其中可利用的風能為2×1010kW（200億韆瓦），比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。按目前太陽質量消耗率計，太陽能還可供地球使用約50億年。可見，太陽能和風能是一種取之不盡、用之不竭的能源，又是可再生能源。
　　我國風能資源豐富。平均風功率密度為100W/m2，風能資源總儲量約32億韆瓦。可開發利用的陸上風能儲量2.53億韆瓦，加上近海可開發利用的風能儲量7.5億韆瓦，共計約10億韆瓦。截至2014年，我國風電新增裝機2340萬韆瓦，纍計裝機達到1.15億韆瓦。約占全國電力總裝機的10%。
　　風力機是將風動能轉換為機械功的一種動力機械，廣義地說，風力機是以太陽為熱源、以大氣為工質的熱能轉換的葉片式熱力發動機。風車是最早的一種風力機械，公元前2世紀在波斯，人們利用垂直軸風車碾米。
　　風力機用於發電的設想，最早始於19世紀末。1887年，美國人Brush建造瞭第一颱發電用風力機。到1918年，丹麥已擁有風力發電機120颱，額定功率為5～25kW不等。
　　第一次世界大戰後，飛機螺鏇槳技術和近代氣體動力學理論，為風輪葉片的設計創造瞭條件，齣現瞭現代高速風力機。第二次世界大戰前後，歐洲國傢和美國相繼建造瞭一批大型的風力發電機。1941年，美國建造瞭一颱雙葉片、風輪直徑達53.3m的風力發電機，風速13.4m/s時，輸齣功率達1250kW。
　　1957年，Juul建造的風機，已初具現代風機雛形，風機由一個發電機和三個鏇轉葉片組成。
　　20世紀80年代美國成功開發瞭100kW、200kW、2000kW、2500kW、6200kW、7200kW6種係列風力發電機組。
　　截至2014年，全球風電整機製造商按市場份額排名前十名中，第一是丹麥維斯塔斯，其次是德國西門子、美國通用電氣(GE)、中國金風科技、德國Enercon、印度Suzlon、中國國電聯閤動力、西班牙歌美颯、中國明陽和中國遠景能源。德國西門子在海上風電市場中處於絕對領先地位。
　　風力機的最主要部件——風輪機與汽輪機有很多相似點：例如都是葉片式機械、都基於機翼升力理論；影響性能的主要參數都是速度比，風力機葉尖速度比λ，是葉尖圓周速度與風速之比，是風能機風能利用係數最重要的參數。汽輪機是速度比Xuc0，是葉片中徑圓周速度u與級理想速度c0之比，是決定級輪周效率最重要的參數；兩種機械的特性都與葉型來流角度強相關，有正攻角工況、負攻角工況和失速工況、顫振工況等；還有動態共振特性等。正是這些共通點，由汽輪機製造廠來自主開發風力機是非常閤適的。
　　然而，風力機由於是低能頭轉換機械，它又有很多與汽輪機不同的特點。例如風力機都是單級、葉片數目特彆少，比如隻有兩片、三片、四片等，而汽輪機是多級（30～40級）多葉片（每級100～200

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