风力发电系统设计、安装与运维

本书特在介绍了离网型风力发电技术之外，还特别分布式并网型风力发电技术。内容全面、详实，可读性强。

本书系统介绍了风能资源、风力发电原理、风力发电机、塔架地基、储能装置、充电控制器、逆变器、局部电网、蓄电池房、风力发电机系统集成设计、离网风力发电系统安装验收、运行维护保养、政策和标准等问题。文字通俗易动，内容实用，可读性较强。

本书特别介绍了离网型风力发电技术和分布式并网型风力发电技术。

本书可供可再生能源供电系统项目的政府规划者，可再生能源供电系统的设计人员，可再生能源供电系统项目的建设人员，风力发电相关专业的高校师生等阅读。

绪论

0.1　发展可再生能源的必要性                                                
2

0.1.1 全球变暖                                                          
2

0.1.2 化石燃料枯竭                                                      
4

0.1.3 环境污染           
                                               5

0.1.4 无电与贫困                                                        
6

0.2　我国政府应对气候变化的目标和主要可再生能源产业的现状                   7

0.2.1 我国政府应对气候变化的目标                                         7

0.2.2 我国主要可再生能源产业的现状                                       8

第1章 风能和风能资源的测量评估

1.1　风能的描述和特点                                                    
13

1.1.1 风能的描述                                                        
13

1.1.2 风能的特点                                                         22

1.2　风能的测量与评估                                                    
24

1.2.1 风速的测量与描述                                                  
24

1.2.2 风向的测量与描述                                                  
28

1.3　我国的风能资源                                                       30

1.3.1 我国的风能分布                                                    
30

1.3.2 影响我国风能资源的因素                                             31

1.3.3 我国最新四维风能资源大数据                                         35

1.4　风能资源的测量与评估                                                 35

1.4.1 风能资源评估的重要性                                              
35

1.4.2 风能资源的评估                                                    
36

1.4.3 风能资源评估程序                                                  
36

1.4.4 测风步骤                                                          
37

1.4.5 小规模项目的风能资源评估                                           38

第2章 风力发电基础和相关理论

2.1　风力发电基础                                                        
42

2.1.1 风力发电                                                           42

2.1.2 风力发电基本原理                                                  
43

2.2　风能的基础理论                                                      
43

2.2.1 风能公式                                                          
43

2.2.2 风频分布与Weibull分布特征                                         45

2.3　风力发电的基础理论                                                  
48

2.3.1 贝茨(Betz)理论                                                  
48

2.3.2 叶素理论                                                           49

2.3.3 动量理论                                                          
50

2.3.4 风能利用系数                                                      
50

2.3.5 叶尖速比                                                          
51

2.3.6 叶片的攻角                                                         51

第3章 风力发电机

3.1　风力发电机及其分类                                                  
53

3.2　风力发电机组的构造与特点                                             60

3.2.1 风力发电机的基本构造                                               60

3.2.2 小型风力发电机的主要结构特征                                       61

3.2.3 一般中小型风力发电机组的主要组成部分                               65

3.3　风力发电机组的基本特性参数                                           74

3.3.1 考察风力发电机组性能的最主要技术参数                               74

3.3.2 其他技术指标                                                      
76

3.3.3 中小型风力发电机组的评价                                           78

第4章 可再生能源发电技术基础

4.1　可再生能源的定义和特点                                              
90

4.2　可再生能源发电的基本形式                                             91

4.2.1 一次能源和二次能源                                                
91

4.2.2 可再生能源发电分类                                                
92

4.3　可再生能源并网发电与离网发电                                         93

4.3.1 并网发电            
                                              93

4.3.2 可再生能源离网发电                                                
97

4.4　可再生能源独立供电系统的具体应用和实例                               100

4.4.1 可再生能源独立供电系统的具体应用                                 100

4.4.2 可再生能源发电应用实例 
                                         104

4.5　可再生能源发电的环保效益                                            
107

4.6　可再生能源发电的局限性及可行性研究                                   107

第5章 风力发电系统及其互补系统

5.1　风力发电系统                                                    
    109

5.2　互补发电系统                                                        
115

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10年前我曾经编写了《风力发电》一书,近10年的时间中, 中国的可再生能源技术得到飞速发展,中国已经成为世界上风力发电机制造和风能应用的第一大国, 大型风力发电的装机容量在2017年末已达到188.2GW, 居全球首位; 同时, 在2015年末全面解决了无电人口的用电问题, 而分布式发电将成为风力发电发展的一个新的方向和重要机遇。

我从2012年起参加国际能源署风能技术合作计划[IEA
Wind Technology CollaborationProgramme’s (TCP)]中的Task27研究课题,该课题汇集了来自世界小型风电主要应用国家的专家,包括中国、美国、西班牙、日本、韩国、爱尔兰、奥地利等,专注研究强湍流环境对中小型风力发电机运行的影响以及在强湍流环境下中小型风力发电机的微观选择。在历时7年的研究中,我从各国专家那里了解了世界领先的中小型风力发电机运行的研究成果和实践指南,并征得爱尔兰邓多克技术大学(Dundalk Institute of
Technology) Raymond Byrne博士的同意,在本书中引用了他们团队的研究成果;在国内,则征得内蒙古工业大学汪建文教授的同意,在本书中引用了他们团队在湍流影响方面的CFD 研究和实验研究的结果;同时,我还与自己的导师,美国西得克萨斯农工大学(West Texas A&M University)前研究生院院长、替代能源研究所(Alternative Energy Institute, AEI) 所长Vaughn
Nelson博士有着长期的交流合作,并从他那里获得了很多有益的知识。美国威斯康星州Sagrillo Power & Light公司的Mick Sagrillo,从事小型风电技术应用33年,积累了从项目策划、安装、服务、维修到教育、课程开发、咨询等诸方面的实用经验和教训,征得他们的同意,我在本书中引用了他们的很多实践经验。

目前中国的风力发电在经历了快速发展的强劲阶段后,进入了一个新的稳定发展时期。在继续发展风电场和农村电力建设的同时,需要:a.发展和推广风能分布式应用;b.通过“一带一路”走出国门,开拓国际市场,既包括发达国家的并网分布式,也包括发展中国家的无电地区电力建设。因此本书在编写过程中,着重强调:

① 发展可再生能源的必要性;

② 针对产业对分布式风力发电知识的需求,在内容上兼顾并网分布式应用和离网应用,尤其是湍流概念和微观选址;

③ 根据产业国际化的需求,加入“中小型风力发电系统的相关标准、检测、标识与认证”一章,以便读者了解国际和国内的相关标准、检测和认证,这对于要走向国际市场的企业尤为重要。

感谢内蒙古工业大学能源与动力工程学院的贾彦副教授参与了本书的编写工作。贾彦副教授2008年获得日本国立三重大学系统工学博士学位,从事可再生能源离网和分布式供电系统的相关研究十余年,主攻风力机气动特性分析、复合储能系统功率平稳化及功率品质优化和风光互补供电系统配置等,她在本书的编写中参与绪论、第1~8章、第13章的编写以及内容的整理和编排。

感谢爱尔兰邓多克技术大学Raymond Byrne博士、美国西得克萨斯农工大学的Vaughn Nelson博士和内蒙古工业大学汪建文教授在风能研究和利用领域所做出的贡献和为本书提供的研究成果和信息, 他们的贡献极大地丰富了本书的内容; 感谢美国Sagrillo Power & Light公司的Mick Sagrillo、中国农业机械工业协会风力机械分会姚修伟高级工程师、上海致远绿色能源股份有限公司、中兴能源有限公司、浙江华鹰风电设备有限公司、宁波锦浪新能源科技股份有限公司、济南德明电源设备有限公司和美国Bergey Windpower Company (博力风能公司) 提供的大量的案例和数据, 以及国家发展和改革委员会能源研究所叶东嵘高级工程师提供的太阳能利用方面的信息和资料,
使本书内容更加翔实和贴近实际。

都志杰

2018年12月于北京