風(fēng)能利用技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《風(fēng)能利用技術(shù)》是《替代能源應(yīng)用技術(shù)叢書(shū)》中的一個(gè)分冊(cè)?！　∪珪?shū)共分9章。前5章在對(duì)風(fēng)能資源的統(tǒng)計(jì)、描述的基礎(chǔ)上分別介紹了風(fēng)力機(jī)的基本理論、水平軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、垂直軸式風(fēng)力機(jī)以及其他形式的風(fēng)力機(jī)。第6章到第8章分別講述了風(fēng)能利用的三種主要方式，即風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水與風(fēng)力制熱。第9章對(duì)風(fēng)能存儲(chǔ)的多種方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。　　《風(fēng)能利用技術(shù)》內(nèi)容突出實(shí)用性，可供風(fēng)能資源勘察、開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)部門(mén)在實(shí)際工作中使用，也可作為科研、高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生和研究生教學(xué)的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章風(fēng)能資源1 11風(fēng)的形成1 12風(fēng)向3 13風(fēng)速的測(cè)量3 131旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速表3 132壓力風(fēng)速表4 133熱線(xiàn)風(fēng)速儀6 134風(fēng)速表的標(biāo)定7 14風(fēng)速等級(jí)8 15太陽(yáng)輻射與地球自轉(zhuǎn)——風(fēng)能源泉8 151大氣環(huán)流8 152太陽(yáng)輻射引起的周期性變化 區(qū)域風(fēng)10 16地球表面風(fēng)能資源的分布12 17風(fēng)能資源的描述12 171風(fēng)廓線(xiàn)12 172年風(fēng)速時(shí)間曲線(xiàn)13 173年風(fēng)頻分布14 174紊流、陣風(fēng)與無(wú)風(fēng)期18 18地形與障礙物對(duì)風(fēng)能的影響20 181障礙物的影響20 182地形的影響21 183風(fēng)場(chǎng)選擇原則22 19理論可用風(fēng)能23 191風(fēng)能的計(jì)算23 192平均風(fēng)能密度23 193理論可用風(fēng)能的概念25 110有效可用風(fēng)能25 1101有效可用風(fēng)能的概念25 1102平均有效風(fēng)能密度26 111中國(guó)的風(fēng)能資源分布26 第2章風(fēng)力機(jī)的基本理論29 21貝茲理論29 22葉片的幾何形狀與空氣動(dòng)力特性30 221葉片翼型的幾何定義30 222作用于運(yùn)動(dòng)葉片上的空氣動(dòng)力31 23風(fēng)輪的空氣動(dòng)力特性33 231風(fēng)輪的幾何定義與參數(shù)33 232葉素的空氣動(dòng)力特性34 233風(fēng)輪的推力、力矩、功率和 效率的一般表達(dá)式35 24相似風(fēng)力機(jī)的特性35 241相似條件36 242相似結(jié)果37 243模型機(jī)試驗(yàn)中的問(wèn)題39 第3章水平軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)41 31葉片數(shù)和風(fēng)輪直徑的確定41 311葉片數(shù)z的確定41 312風(fēng)輪直徑的確定42 32葉片翼型的選擇42 33葉素弦長(zhǎng)和安裝角43 331簡(jiǎn)化葉素動(dòng)量理論43 332葛勞渥旋渦理論46 333水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)舉例53 334風(fēng)力機(jī)特性的預(yù)測(cè)計(jì)算56 第4章水平軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)58 41葉片58 411正常運(yùn)轉(zhuǎn)中陣風(fēng)引起的彎曲 應(yīng)力58 412正常運(yùn)轉(zhuǎn)中離心力引起的應(yīng)力59 413狂風(fēng)中迎風(fēng)靜止風(fēng)輪葉片上的 彎曲應(yīng)力60 414陀螺效應(yīng)60 415葉片振動(dòng)61 416葉片的氣動(dòng)彈性分析與結(jié)構(gòu) 阻尼61 417葉片翼型中心點(diǎn)的位置62 418葉片材料62 419葉片的熱脹、積水和雷擊保護(hù)63 4110空心葉片63 42輪轂64 43塔架65 431塔架高度65 432塔架靜動(dòng)態(tài)特性的影響因素65 433塔架風(fēng)輪系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)67 44機(jī)艙、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和剎車(chē)裝置68 441機(jī)艙68 442齒輪箱70 443剎車(chē)裝置71 45對(duì)風(fēng)裝置72 451風(fēng)輪的自動(dòng)對(duì)風(fēng)73 452尾舵對(duì)風(fēng)73 453側(cè)輪對(duì)風(fēng)74 454電氣、液壓推動(dòng)對(duì)風(fēng)74 46調(diào)速與功率調(diào)節(jié)裝置75 461調(diào)速裝置75 462功率、轉(zhuǎn)速功率的調(diào)節(jié)裝置77 第5章垂直軸式和其他形式的 風(fēng)力機(jī)84 51垂直軸風(fēng)力機(jī)84 511阻力型風(fēng)力機(jī)84 512阻力差型風(fēng)力機(jī)85 513升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)87 52其他形式的風(fēng)力機(jī)90 521風(fēng)道式風(fēng)力機(jī)90 522與渦流發(fā)生器相結(jié)合的風(fēng)力機(jī)91 523熱氣流風(fēng)力機(jī)92 第6章風(fēng)力發(fā)電94 61風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定工況設(shè)計(jì)94 611風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的功率轉(zhuǎn)速 特性94 612年度發(fā)電量計(jì)算94 613功率調(diào)節(jié)方式對(duì)發(fā)電量、機(jī)組 重量及電價(jià)的影響95 62風(fēng)力發(fā)電主要電器設(shè)備96 621同步發(fā)電機(jī)96 622異步發(fā)電機(jī)97 623雙速異步發(fā)電機(jī)97 624低速交流發(fā)電機(jī)97 625變頻器97 626逆變器98 63風(fēng)力發(fā)電機(jī)的供電方式99 631直接并網(wǎng)99 632間接并網(wǎng)100 633離網(wǎng)供電101 64風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和安全性103 641安全性方針103 642風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行 過(guò)程106 65風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性的測(cè)定108 651影響輸出功率特性的因素108 652測(cè)試儀器的精度及其標(biāo)定109 653測(cè)量數(shù)據(jù)的采集110 654測(cè)風(fēng)點(diǎn)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置間的 關(guān)系110 655大氣溫度、壓力對(duì)密度的影響及 功率值向標(biāo)準(zhǔn)狀況的換算110 656風(fēng)湍流大小、風(fēng)向和風(fēng)梯度 變化的影響111 657雨雪、結(jié)冰、沙塵等對(duì)風(fēng)電機(jī) 功率的影響111 66風(fēng)力發(fā)電機(jī)的噪聲112 661聲波和噪聲112 662聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)113 663聲壓與聲壓級(jí)114 664聲壓級(jí)的合成115 665聲功率與聲功率級(jí)115 666倍頻程116 667噪聲評(píng)價(jià)116 668風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪聲的測(cè)量117 669風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因與 噪聲控制119 第7章風(fēng)力提水121 71供需水調(diào)查與風(fēng)輪直徑的確定121 711供水調(diào)查121 712需水調(diào)查、計(jì)算提水所需 能量121 713風(fēng)輪直徑的確定122 72各類(lèi)泵的性能曲線(xiàn)及其與風(fēng)輪 特性的匹配122 721往復(fù)泵的性能曲線(xiàn)122 722回轉(zhuǎn)式容積泵的性能曲線(xiàn)123 723葉片泵的性能曲線(xiàn)124 724風(fēng)力機(jī)特性與水泵特性的 匹配125 73風(fēng)力提水機(jī)的結(jié)構(gòu)126 731高揚(yáng)程小流量風(fēng)力提水機(jī)的 結(jié)構(gòu)126 732結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)起動(dòng)風(fēng)速的影響126 733活塞泵轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性127 734抽水發(fā)電綜合風(fēng)能系統(tǒng)128 74多葉片風(fēng)輪活塞水泵設(shè)計(jì)算例129 741風(fēng)輪直徑和轉(zhuǎn)速的確定129 742風(fēng)輪葉片計(jì)算129 74310m揚(yáng)程的活塞水泵設(shè)計(jì)130 第8章風(fēng)力制熱131 81風(fēng)力制熱的原理及其系統(tǒng)組成131 811流動(dòng)流體的牛頓內(nèi)摩擦定律131 812節(jié)流短管工作原理132 813風(fēng)力制熱工質(zhì)的選擇133 82風(fēng)力制熱的能量利用率133 83風(fēng)力制熱系統(tǒng)主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)134 831流體泵與風(fēng)輪主要參數(shù)的 確定134 832節(jié)流器的阻力特性136 84管件保溫137 841保溫計(jì)算137 842管道的熱損失137 85風(fēng)力制熱實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果138 第9章風(fēng)能存儲(chǔ)140 91電池儲(chǔ)能140 92水力蓄能140 93飛輪蓄能141 94壓縮空氣蓄能142 941常規(guī)壓縮空氣蓄能循環(huán)143 942電熱冷聯(lián)產(chǎn)壓縮空氣蓄能 系統(tǒng)144 95熱能存儲(chǔ)146 951顯熱存儲(chǔ)147 952相變蓄熱150 953蓄冷技術(shù)155 954共晶鹽相變蓄冷157 96氫能存儲(chǔ)157 961氫的制取158 962氫的儲(chǔ)存158 參考文獻(xiàn)160

媒體關(guān)注與評(píng)論

前言我國(guó)是一個(gè)風(fēng)能資源極為豐富的國(guó)家，也是世界上最早以風(fēng)力提水、風(fēng)帆助航等方式開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能的國(guó)家之一。面對(duì)當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)大規(guī)模使用石油、煤炭、天然氣等常規(guī)不可再生能源所帶來(lái)的資源日益枯竭、環(huán)境不斷惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)，節(jié)約能源消耗、提高能源利用效率，開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等新能源和可再生能源等，是我國(guó)長(zhǎng)期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，也是我國(guó)建立經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展、資源節(jié)約、環(huán)境友好、人民生活幸福的和諧社會(huì)最重要的政策措施之一。由于現(xiàn)代風(fēng)能最主要的利用形式——風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展十分迅速，并且，限制風(fēng)能大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)的主要因素——風(fēng)能利用成本在過(guò)去20年中有了大幅度下降，因此，它是21世紀(jì)最值得大力開(kāi)發(fā)利用的可再生清潔能源。 風(fēng)能雖然數(shù)量豐富、分布廣泛，但其品位較低、儲(chǔ)存困難，還具有季節(jié)性、隨機(jī)性、時(shí)而無(wú)風(fēng)輕風(fēng)、時(shí)而狂風(fēng)大作等特點(diǎn)。因此，如何提高其利用效率、降低風(fēng)能利用設(shè)備的制造運(yùn)行成本并確保機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，包含了大量復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)和工程實(shí)際問(wèn)題。風(fēng)能利用所涉及的學(xué)科包括氣象學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、固體力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、電力電子技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)試技術(shù)等。對(duì)于風(fēng)能利用這樣一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，其發(fā)展的動(dòng)力既有利于各學(xué)科間的相互促進(jìn)與滲透，也為在該領(lǐng)域內(nèi)深入鉆研、勇于探索的科技工程人員提供了有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)造、有所前進(jìn)的機(jī)會(huì)與空間。 本書(shū)編寫(xiě)的宗旨，一是突出風(fēng)能利用技術(shù)的機(jī)理與特性，便于讀者對(duì)問(wèn)題做進(jìn)一步研究與探討；二是在該技術(shù)涉及多學(xué)科交叉這一特點(diǎn)下，某些專(zhuān)題、學(xué)科內(nèi)容詳盡而另一些問(wèn)題與學(xué)科內(nèi)容不得不簡(jiǎn)略時(shí)，對(duì)二者予以兼顧；三是突出實(shí)用性，書(shū)中介紹了大量有代表性的應(yīng)用實(shí)例，并采用系統(tǒng)圖和結(jié)構(gòu)圖加以說(shuō)明，還介紹了風(fēng)輪的氣動(dòng)設(shè)計(jì)與風(fēng)力提水機(jī)的設(shè)計(jì)算例以利讀者參考。 本書(shū)在風(fēng)能資源的統(tǒng)計(jì)、描述基礎(chǔ)上介紹了風(fēng)力機(jī)的基本理論，水平軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特殊形式的風(fēng)力機(jī)，風(fēng)能利用的三種主要方式——風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水與風(fēng)力制熱，以及風(fēng)能存儲(chǔ)的方法。其中有關(guān)風(fēng)輪特性預(yù)報(bào)、風(fēng)能流體升壓節(jié)流制熱、電熱冷聯(lián)產(chǎn)壓縮空氣蓄能等內(nèi)容包含了作者所做的一部分研究工作。 書(shū)中大量圖表的繪制工作由西安交通大學(xué)博士生趙知辛和碩士生郭中緯完成，對(duì)他們付出的巨大努力，在此表示衷心的感謝！ 由于編者水平所限，書(shū)中難免有疏漏和不足，歡迎讀者予以批評(píng)指正。 編著者 2007年2月序言胡錦濤主席在2004年中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院兩院院士大會(huì)上所作報(bào)告中明確指出“為了全面建設(shè)小康社會(huì)，不斷開(kāi)創(chuàng)中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)的新局面，我們必須大力推進(jìn)科技進(jìn)步和創(chuàng)新，進(jìn)一步發(fā)揮科技對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面發(fā)展的關(guān)鍵性作用。我國(guó)人口多、資源人均占有量少的國(guó)情不會(huì)改變，不可再生資源儲(chǔ)量和可用量不斷減少的趨勢(shì)難以改變。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口、資源、環(huán)境的矛盾會(huì)越來(lái)越突出，可持續(xù)發(fā)展的壓力會(huì)越來(lái)越大。我們必須堅(jiān)持依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新，抓緊解決這些問(wèn)題。要大力加強(qiáng)能源領(lǐng)域的科技進(jìn)步和創(chuàng)新，提高我國(guó)資源，特別是能源和水資源的使用效率，減少資源浪費(fèi)，尋找和開(kāi)發(fā)替代資源，發(fā)展可再生資源，為建立節(jié)約型社會(huì)提供技術(shù)保證?！边@些都是當(dāng)前國(guó)家對(duì)我國(guó)廣大科技人員提出的殷切希望和要求。 自遠(yuǎn)古至未來(lái)，根據(jù)科技進(jìn)步和資源開(kāi)發(fā)，人類(lèi)對(duì)能源應(yīng)用可依次分為四個(gè)時(shí)期，即柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油天然氣時(shí)期和可持續(xù)發(fā)展能源時(shí)期。20世紀(jì)50年代后，世界已進(jìn)入石油天然氣時(shí)期，而我國(guó)至今仍處于煤炭時(shí)期。我國(guó)一次能源的75%來(lái)源于煤炭，即使到2050年煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例也將高于50%，且能源利用率不高，因而造成環(huán)境污染，資源浪費(fèi)。當(dāng)前，全球化石能源儲(chǔ)量已經(jīng)不多，以石油為例，其儲(chǔ)量只能維持60年左右。因此各國(guó)都在積極開(kāi)發(fā)應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的替代能源，以便減輕目前的能源緊缺壓力和保證百余年后能逐步順利過(guò)渡到可持續(xù)發(fā)展能源時(shí)期。我國(guó)化石能源儲(chǔ)量并不豐富，根據(jù)2000年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤炭人均占有量約為世界人均值的79%，石油為11%，天然氣僅為45%。因此，為了全面建設(shè)小康社會(huì)和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，能源不足是一個(gè)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 我國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能和地?zé)崮艿瓤沙掷m(xù)發(fā)展的替代能源資源豐富，但很少開(kāi)發(fā)利用。根據(jù)2000年統(tǒng)計(jì)，這方面的能源消費(fèi)僅占我國(guó)一次能源總消費(fèi)量的012%。要使我國(guó)經(jīng)濟(jì)能持續(xù)發(fā)展，并在將來(lái)使我國(guó)能源結(jié)構(gòu)能順利過(guò)渡到可持續(xù)發(fā)展能源時(shí)期，就必須大力開(kāi)發(fā)應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的替代能源。為了積極促進(jìn)替代能源的發(fā)展，特編寫(xiě)了這一套替代能源應(yīng)用技術(shù)叢書(shū)。第一批出版的本套叢書(shū)共四本，分別為《太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)》、《風(fēng)能利用技術(shù)》、《海洋能應(yīng)用技術(shù)》和《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)》。每本著作均由知名專(zhuān)家根據(jù)國(guó)內(nèi)外近期科研成果和工程實(shí)踐執(zhí)筆編著，可供大專(zhuān)院校師生、科研院所和工礦企業(yè)相關(guān)人員應(yīng)用和參考。希望這套叢書(shū)的出版能對(duì)我國(guó)替代能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用有所裨益。限于作者水平，叢書(shū)中疏漏之處難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。 中國(guó)工程院院士 200512

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本書(shū)是《替代能源應(yīng)用技術(shù)叢書(shū)》中的一個(gè)分冊(cè)。 全書(shū)共分9章。前5章在對(duì)風(fēng)能資源的統(tǒng)計(jì)、描述的基礎(chǔ)上分別介紹了風(fēng)力機(jī)的基本理論、水平軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、垂直軸式風(fēng)力機(jī)以及其他形式的風(fēng)力機(jī)。第6章到第8章分別講述了風(fēng)能利用的三種主要方式，即風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水與風(fēng)力制熱。第9章對(duì)風(fēng)能存儲(chǔ)的多種方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 本書(shū)內(nèi)容突出實(shí)用性，可供風(fēng)能資源勘察、開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)部門(mén)在實(shí)際工作中使用，也可作為科研、高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生和研究生教學(xué)的參考用書(shū)。

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