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第1章 风能资源1

1.1 风的形成1

1.2 风向3

1.3 风速的测量3

1.3.1 旋转式风速表3

1.3.2 压力风速表4

1.3.3 热线风速仪6

1.3.4 风速表的标定7

1.4 风速等级8

1.5 太阳辐射与地球自转——风能源泉8

1.5.1 大气环流8

1.5.2 太阳辐射引起的周期性变化区域风10

1.6 地球表面风能资源的分布12

1.7 风能资源的描述12

1.7.1 风廓线12

1.7.2 年风速-时间曲线13

1.7.3 年风频分布14

1.7.4 紊流、阵风与无风期18

1.8 地形与障碍物对风能的影响20

1.8.1 障碍物的影响20

1.8.2 地形的影响21

1.8.3 风场选择原则22

1.9 理论可用风能23

1.9.1 风能的计算23

1.9.2 平均风能密度23

1.9.3 理论可用风能的概念25

1.10 有效可用风能25

1.10.1 有效可用风能的概念25

1.10.2 平均有效风能密度26

1.11 中国的风能资源分布26

第2章 风力机的基本理论29

2.1 贝兹理论29

2.2 叶片的几何形状与空气动力特性30

2.2.1 叶片翼型的几何定义30

2.2.2 作用于运动叶片上的空气动力31

2.3 风轮的空气动力特性33

2.3.1 风轮的几何定义与参数33

2.3.2 叶素的空气动力特性34

2.3.3 风轮的推力、力矩、功率和效率的一般表达式35

2.4 相似风力机的特性35

2.4.1 相似条件36

2.4.2 相似结果37

2.4.3 模型机试验中的问题39

第3章 水平轴风力机的气动设计41

3.1 叶片数和风轮直径的确定41

3.1.1 叶片数z的确定41

3.1.2 风轮直径的确定42

3.2 叶片翼型的选择42

3.3 叶素弦长和安装角43

3.3.1 简化叶素动量理论43

3.3.2 葛劳渥旋涡理论46

3.3.3 水平轴风力机气动设计举例53

3.3.4 风力机特性的预测计算56

第4章 水平轴风力机的结构设计58

4.1 叶片58

4.1.1 正常运转中阵风引起的弯曲应力58

4.1.2 正常运转中离心力引起的应力59

4.1.3 狂风中迎风静止风轮叶片上的弯曲应力60

4.1.4 陀螺效应60

4.1.5 叶片振动61

4.1.6 叶片的气动弹性分析与结构阻尼61

4.1.7 叶片翼型中心点的位置62

4.1.8 叶片材料62

4.1.9 叶片的热胀、积水和雷击保护63

4.1.10 空心叶片63

4.2 轮毂64

4.3 塔架65

4.3.1 塔架高度65

4.3.2 塔架静动态特性的影响因素65

4.3.3 塔架-风轮系统振动模态67

4.4 机舱、齿轮传动系统和刹车装置68

4.4.1 机舱68

4.4.2 齿轮箱70

4.4.3 刹车装置71

4.5 对风装置72

4.5.1 风轮的自动对风73

4.5.2 尾舵对风73

4.5.3 侧轮对风74

4.5.4 电气、液压推动对风74

4.6 调速与功率调节装置75

4.6.1 调速装置75

4.6.2 功率、转速-功率的调节装置77

第5章 垂直轴式和其他形式的风力机84

5.1 垂直轴风力机84

5.1.1 阻力型风力机84

5.1.2 阻力差型风力机85

5.1.3 升力型垂直轴风力机87

5.2 其他形式的风力机90

5.2.1 风道式风力机90

5.2.2 与涡流发生器相结合的风力机91

5.2.3 热气流风力机92

第6章 风力发电94

6.1 风力发电机的额定工况设计94

6.1.1 风轮与发电机的功率-转速特性94

6.1.2 年度发电量计算94

6.1.3 功率调节方式对发电量、机组重量及电价的影响95

6.2 风力发电主要电器设备96

6.2.1 同步发电机96

6.2.2 异步发电机97

6.2.3 双速异步发电机97

6.2.4 低速交流发电机97

6.2.5 变频器97

6.2.6 逆变器98

6.3 风力发电机的供电方式99

6.3.1 直接并网99

6.3.2 间接并网100

6.3.3 离网供电101

6.4 风力发电机的运行和安全性103

6.4.1 安全性方针103

6.4.2 风力发电机组的基本运行过程106

6.5 风力发电机功率特性的测定108

6.5.1 影响输出功率特性的因素108

6.5.2 测试仪器的精度及其标定109

6.5.3 测量数据的采集110

6.5.4 测风点与风力发电机位置间的关系110

6.5.5 大气温度、压力对密度的影响及功率值向标准状况的换算110

6.5.6 风湍流大小、风向和风梯度变化的影响111

6.5.7 雨雪、结冰、沙尘等对风电机功率的影响111

6.6 风力发电机的噪声112

6.6.1 声波和噪声112

6.6.2 声强与声强级113

6.6.3 声压与声压级114

6.6.4 声压级的合成115

6.6.5 声功率与声功率级115

6.6.6 倍频程116

6.6.7 噪声评价116

6.6.8 风力发电机噪声的测量117

6.6.9 风力发电机噪声产生的原因与噪声控制119

第7章 风力提水121

7.1 供需水调查与风轮直径的确定121

7.1.1 供水调查121

7.1.2 需水调查、计算提水所需能量121

7.1.3 风轮直径的确定122

7.2 各类泵的性能曲线及其与风轮特性的匹配122

7.2.1 往复泵的性能曲线122

7.2.2 回转式容积泵的性能曲线123

7.2.3 叶片泵的性能曲线124

7.2.4 风力机特性与水泵特性的匹配125

7.3 风力提水机的结构126

7.3.1 高扬程小流量风力提水机的结构126

7.3.2 结构参数对起动风速的影响126

7.3.3 活塞泵转矩的平稳性127

7.3.4 抽水发电综合风能系统128

7.4 多叶片风轮-活塞水泵设计算例129

7.4.1 风轮直径和转速的确定129

7.4.2 风轮叶片计算129

7.4.3 10m扬程的活塞水泵设计130

第8章 风力制热131

8.1 风力制热的原理及其系统组成131

8.1.1 流动流体的牛顿内摩擦定律131

8.1.2 节流短管工作原理132

8.1.3 风力制热工质的选择133

8.2 风力制热的能量利用率133

8.3 风力制热系统主要设备的技术参数134

8.3.1 流体泵与风轮主要参数的确定134

8.3.2 节流器的阻力特性136

8.4 管件保温137

8.4.1 保温计算137

8.4.2 管道的热损失137

8.5 风力制热实验装置及实验结果138

第9章 风能存储140

9.1 电池储能140

9.2 水力蓄能140

9.3 飞轮蓄能141

9.4 压缩空气蓄能142

9.4.1 常规压缩空气蓄能循环143

9.4.2 电热冷联产压缩空气蓄能系统144

9.5 热能存储146

9.5.1 显热存储147

9.5.2 相变蓄热150

9.5.3 蓄冷技术155

9.5.4 共晶盐相变蓄冷157

9.6 氢能存储157

9.6.1 氢的制取158

9.6.2 氢的储存158

参考文献160