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《風力發電與機組系統》強調實用技術和技能,幫助讀者全面了解風力發電所涉及的關鍵技術、機組及其控制系統
序
風能作為一種可再生能源,是一種取之不盡、用之不竭的綠色環保型能源。隨著風能在世界能源格局中比重的不斷增加,風力發電技術和市場快速發展,風力發電對電力系統的影響越來越大。風力發電是目前可再生能源中技術相對成熟,并具備規模化開發條件和商業化發展前景的一種能源形式。發展風電產業是國際經濟和能源發展的必然趨勢,也是我國新興戰略產業發展的必然選擇。
風能利用已有數千年的歷史,最初主要用于運輸和農業兩大領域,比如風帆助航、風力提水、風力磨面和風力鋸木等,都是直接利用風能提供機械能。在現代工業化進程開始時,以波動的風能為動力的裝置基本被以燃燒化石燃料的發動機或由電網供電的電動裝置替代,風能的利用日趨減少。
19世紀末,美國電力工業的奠基人之一Charles F Brush發明了被現代人認為是第一臺自動運行且用于發電的風力機。20世紀70年代以后技術得到逐步改善,到90年代末,風能重新成為最重要的可持續能源之一。另外,在20世紀70年代早期,由于第一次石油危機的沖擊使風能再次受到關注,從而風力發電成為新的風能利用趨勢。
風力發電的突出優點是無污染,屬清潔能源。風能在一些國家和地區已經成為一種主流能源,風力發電是目前世界上增長速度最快的能源利用形式。風電場雖然占了大片土地,但是風力發電機組的基礎使用面積很小,不影響農田和牧場的正常生產。風電場建設工期短,投資規模靈活,運行維護簡單。隨著風力發電技術的日趨成熟,以及現代高科技在風力發電機組中的應用,風力發電不但方式多樣化,而且可靠性大大提高。風力發電正朝著小容量向大容量方向發展,定槳距向變槳距、變速恒頻方向發展,結構設計向緊湊、柔性、輕盈化等方面發展,陸上風力發電向海上風力發電發展。
我國幅員遼闊,海岸線長,擁有豐富的風能資源,年平均風速6m/s以上的內陸地區約占全國總面積的1%。我國的風能儲備在世界上排名第一,陸上可用風能高達25億千瓦,海上可用風能高達75億千瓦。我國已經把利用風能作為一項基本的能源政策,我國的風力發電產業發展迅猛,每年都有大幅增長。但是,我國的裝機總容量和制造水平與發達國家相比還有一定的差距,科學規劃與科研工作也相對滯后,風力發電人才存在一定缺口。本書旨在闡述風力發電的基礎知識以及風力發電的機組系統,以適合大學和職業技術院校學生的學習,適合生產第一線工作人員的培訓需要。同時,希望為從事和關心風力發電行業的人們提供一個能夠全面了解風力發電知識體系的書籍,以促進風力發電產業的健康發展。
全書共十章,簡要介紹了世界風力發電的歷史和發展趨勢,以及我國風力發電的現狀和展望;概括介紹了風的形成及特點;主要介紹了風力發電原理、風力機、風力發電機組傳動系統、液壓系統、變槳距系統、偏航系統、制動系統、發電系統、風力發電機組的控制和安全保護以及支撐系統。結合典型機組,圖文并茂,分析深入淺出。
本書可以作為高等職業院校風力發電相關專業的教學用書,和能源類專業其他研究方向的選修課教學用書,可以作為風力發電工作人員的培訓及參考用書,也可以作為風力發電愛好者的普及讀本。
本書由王亞榮主編,邵聯合、王培榮、屠長環副主編。其中,王亞榮編寫第2~5章,邵聯合編寫第8、9章,王培榮編寫第1、10章,屠長環編寫第6、7章71、73和74節,劉迎福編寫第7章72節。書中圖片由楊天搜集整理處理。全書由王亞榮統稿。
本書由中科院熱物理所石可重主審,感謝主審老師對本書提出的寶貴意見和建議。
感謝參考文獻的各位編著者,您的文獻和資料為本書提供了很大幫助,如有疏漏,敬請諒解。
由于編者水平所限,書中不妥之處請讀者批評指正。
編著者
風能利用已有數千年的歷史,最初主要用于運輸和農業兩大領域,比如風帆助航、風力提水、風力磨面和風力鋸木等,都是直接利用風能提供機械能。在現代工業化進程開始時,以波動的風能為動力的裝置基本被以燃燒化石燃料的發動機或由電網供電的電動裝置替代,風能的利用日趨減少。
19世紀末,美國電力工業的奠基人之一Charles F Brush發明了被現代人認為是第一臺自動運行且用于發電的風力機。20世紀70年代以后技術得到逐步改善,到90年代末,風能重新成為最重要的可持續能源之一。另外,在20世紀70年代早期,由于第一次石油危機的沖擊使風能再次受到關注,從而風力發電成為新的風能利用趨勢。
風力發電的突出優點是無污染,屬清潔能源。風能在一些國家和地區已經成為一種主流能源,風力發電是目前世界上增長速度最快的能源利用形式。風電場雖然占了大片土地,但是風力發電機組的基礎使用面積很小,不影響農田和牧場的正常生產。風電場建設工期短,投資規模靈活,運行維護簡單。隨著風力發電技術的日趨成熟,以及現代高科技在風力發電機組中的應用,風力發電不但方式多樣化,而且可靠性大大提高。風力發電正朝著小容量向大容量方向發展,定槳距向變槳距、變速恒頻方向發展,結構設計向緊湊、柔性、輕盈化等方面發展,陸上風力發電向海上風力發電發展。
我國幅員遼闊,海岸線長,擁有豐富的風能資源,年平均風速6m/s以上的內陸地區約占全國總面積的1%。我國的風能儲備在世界上排名第一,陸上可用風能高達25億千瓦,海上可用風能高達75億千瓦。我國已經把利用風能作為一項基本的能源政策,我國的風力發電產業發展迅猛,每年都有大幅增長。但是,我國的裝機總容量和制造水平與發達國家相比還有一定的差距,科學規劃與科研工作也相對滯后,風力發電人才存在一定缺口。本書旨在闡述風力發電的基礎知識以及風力發電的機組系統,以適合大學和職業技術院校學生的學習,適合生產第一線工作人員的培訓需要。同時,希望為從事和關心風力發電行業的人們提供一個能夠全面了解風力發電知識體系的書籍,以促進風力發電產業的健康發展。
全書共十章,簡要介紹了世界風力發電的歷史和發展趨勢,以及我國風力發電的現狀和展望;概括介紹了風的形成及特點;主要介紹了風力發電原理、風力機、風力發電機組傳動系統、液壓系統、變槳距系統、偏航系統、制動系統、發電系統、風力發電機組的控制和安全保護以及支撐系統。結合典型機組,圖文并茂,分析深入淺出。
本書可以作為高等職業院校風力發電相關專業的教學用書,和能源類專業其他研究方向的選修課教學用書,可以作為風力發電工作人員的培訓及參考用書,也可以作為風力發電愛好者的普及讀本。
本書由王亞榮主編,邵聯合、王培榮、屠長環副主編。其中,王亞榮編寫第2~5章,邵聯合編寫第8、9章,王培榮編寫第1、10章,屠長環編寫第6、7章71、73和74節,劉迎福編寫第7章72節。書中圖片由楊天搜集整理處理。全書由王亞榮統稿。
本書由中科院熱物理所石可重主審,感謝主審老師對本書提出的寶貴意見和建議。
感謝參考文獻的各位編著者,您的文獻和資料為本書提供了很大幫助,如有疏漏,敬請諒解。
由于編者水平所限,書中不妥之處請讀者批評指正。
編著者
目次
1概述
1.1風與風的測量
1.1.1關于風的大氣科普知識
1.1.2風的種類和形成
1.1.3風的特性
1.1.4風的測量
1.2風能與風能資源
1.2.1風能
1.2.2風能資源描述
1.2.3我國風能資源分布
1.2.4風能資源的評估
1.3風電場選址
1.3.1風電場的宏觀選址
1.3.2風電場的微觀選址
1.4風力發電概況
1.4.1風力發電的特點
1.4.2風力發電的發展趨勢
1.4.3我國風力發電的現狀
2風力發電工作原理及風能轉化原理
2.1風力發電原理
2.1.1風力發電機組的構成
2.1.2風力發電機組的分類
2.1.3風力發電機組的工作原理
2.2風能轉換原理
2.2.1葉片的空氣動力特性
2.2.2風能轉換原理
2.3風力發電機組的性能參數
3風力機
3.1風力機的類型
3.2水平軸風力機
3.2.1風輪的空氣動力特性參數
3.2.2風輪結構
3.2.3水平軸風力機的特點
3.2.4幾種類型的水平軸風力機
3.3垂直軸風力機
3.3.1垂直軸風力機的結構
3.3.2垂直軸風力機的分類
3.3.3垂直軸風力機的特點
3.3.4水平軸與垂直軸風力機比較
4風力發電機組傳動系統
4.1傳動系統概述
4.1.1傳動系統總體布置方式
4.1.2傳動系統分類
4.1.3傳動系統的要求
4.2主軸
4.2.1主軸的要求
4.2.2主軸的布置形式
4.3軸承
4.3.1主軸軸承
4.3.2偏航軸承和變槳軸承
4.4齒輪箱
4.4.1齒輪傳動原理
4.4.2齒輪箱的分類
4.4.3風力發電機組齒輪箱
4.4.4齒輪箱的主要零部件
4.4.5國產風力發電機組齒輪箱
4.5聯軸器
4.5.1剛性聯軸器
4.5.2柔性聯軸器
5風力發電機組液壓系統
5.1液壓系統概述
5.1.1液壓系統的基本組成
5.1.2液壓傳動的工作原理
5.1.3液壓系統主要部件
5.1.4液壓傳動系統工作原理圖
5.2定槳距風力發電機組液壓系統
5.2.1基本結構
5.2.2具體結構舉例
5.3變槳距風力發電機組液壓系統
5.3.1比例控制技術
5.3.2具體結構舉例
6風力發電機組變槳距、偏航及制動系統
6.1變槳距系統
6.1.1變槳距調節工況及系統的分類
6.1.2變槳距執行裝置
6.1.3典型變槳距系統
6.2偏航系統
6.2.1偏航系統的功能和分類
6.2.2被動偏航系統
6.2.3主動偏航系統
6.3制動系統
6.3.1制動系統的組成及工作原理
6.3.2空氣動力制動
6.3.3機械制動
6.3.4制動器的設置
7風力發電機組發電系統
7.1發電系統
7.1.1恒速恒頻發電系統
7.1.2變速恒頻發電系統
7.2發電機
7.2.1籠型異步發電機
7.2.2繞線轉子異步發電機
7.2.3雙饋異步發電機
7.2.4電勵磁同步發電機
7.2.5永磁同步發電機
7.2.6其他型式的風力發電機
7.3變換器與變壓器
7.3.1風力發電機組中的變換器
7.3.2風力發電機組中的變壓器
7.4并網運行
7.4.1風力發電機組的運行方式
7.4.2風力發電機并網的構成
7.4.3異步發電機并網
7.4.4同步發電機并網
7.4.5雙饋異步風力發電機并網
7.4.6直驅式永磁同步發電機并網
8風力發電機組的控制
8.1控制系統
8.1.1風力發電機組控制系統的基本功能
8.1.2風力發電機組控制系統組成
8.1.3風力發電機組工作狀態分析
8.1.4機組的啟動方式分析
8.1.5風力發電機組并網運行控制分析
8.2定槳距風力發電機組的控制
8.2.1機組的控制特性
8.2.2運行過程
8.3變槳距風力發電機組的控制
8.3.1機組的控制特性
8.3.2變槳距控制過程
8.3.3運行狀態
8.3.4帶調整發電機轉差率的變槳距系統
8.4參數監測與處理
8.4.1電力參數監測
8.4.2風力參數監測
8.4.3機組狀態參數檢測
8.5常用傳感器
……
9風力發電機組的安全保護
10風力發電機組支撐系統
參考文獻
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