風能概論

前言

　　當今，無論如何強調發(fā)展新能源和可再生能源的意義都不過分。我們的世界正面臨著由于以化石燃料為基礎而支撐的能源系統(tǒng)帶來的一系列威脅：資源枯竭、環(huán)境污染、生態(tài)惡化、氣候變化、貧富不均，直至由于能源問題而引發(fā)的國與國之間、地區(qū)之間的沖突、糾紛不斷，直至戰(zhàn)爭。新能源和可再生能源具有資源可持續(xù)、清潔、分布均衡等特點，必將成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的支柱?！　∥覈慕洕鐣诳焖侔l(fā)展。在能源方面，我們既需要充足的能源供應以保障全面建設小康社會目標的實現，同時我們也面臨著國內資源和環(huán)境的威脅，國際社會溫室氣體減排的壓力。因此，國家把發(fā)展新能源和可再生能源作為長期能源戰(zhàn)略的重要組成部分，而且制訂了以《可再生能源法》為基礎的一系列政策措施。幾年來，新能源可再生能源在我國得到了快速發(fā)展，其廣闊的前景正日益顯現出來?！　∏迦A大學長期致力于能源科學技術研究和人才培養(yǎng)，形成了新型核能、太陽能、風能、生物質能以及新能源戰(zhàn)略和政策等領域的新能源科研和教學體系，取得了一批有影響的科技成果。以這些科研和教學經驗為基礎，并吸收了國內外同行的大量研究成果，在化學工業(yè)出版社的支持下，幾位教師編寫了這套新能源叢書?！　矔茨茉捶N類分冊，內容涉及發(fā)展新能源的戰(zhàn)略和政策，各類新能源資源核技術的特點、技術和產業(yè)發(fā)展現狀、未來的發(fā)展趨勢展望等。叢書內容豐富、通俗易懂，從中可以較清晰地了解發(fā)展新能源的意義，各種新能源技術的基本原理和發(fā)展路線、發(fā)展前景等，對于廣泛和系統(tǒng)了解和認識新能源，這是一套很好的讀物。

內容概要

　　《風能概論》主要介紹了人類對風能利用和認識風能的歷程，風的本質及其表征，風力機概論，風力發(fā)電系統(tǒng)，最后介紹了我國及全球的風電技術、產業(yè)、政策發(fā)展趨勢和展望?！讹L能概論》在編寫中力求圖文并茂、深入淺出，使讀者對風能有一個總體的、全面的了解。　　讀者對象：從事風能利用行業(yè)的科研、技術、管理人員；高校相關專業(yè)師生可以參考使用。

作者簡介

　　原鯤，工學博士，清華大學核能與新能源技術研究院副研究員。1972年出生于山西陽城，1989～1994年就讀于清華大學工程力學系，獲工學學士學位；1994～2001年就讀于中國科學院力學研究所，獲工學博士學位；2001～2002年在中國科學院工程熱物理研究所作博士后，隨后留所工作，2003年晉升副研究員。2005年調入清華大學核研院工作，從事能源政策、戰(zhàn)略和相關技術研究，曾獲中科院科技進步一等獎一項，國家發(fā)明專利三項，發(fā)表學術論文三十余篇，專著及譯著三部。　　王希麟，1970年清華大學工程力學數學系畢業(yè)后留校任教，1990～1991年赴德國斯圖加特大學空氣動力研究所合作研究，1992年晉升副教授，1998年晉升教授，1999年被批準為博士生導師，歷任清華大學工程力學系工程熱物理研究所副所長，實驗室主任，清華大學煤的清潔燃燒技術國家重點實驗室副主任，清華大學北京市3E能源重點實驗室主任，中國工程熱物理學會兩相流專業(yè)委員會委員，中國力學學會實驗流體專業(yè)委員會副主任，北京市專家顧問團顧問，《實驗力學》，《實驗流體力學》等期刊編委，主要從事兩相流動，燃燒，環(huán)境與新能源技術等研究，曾獲國家教委科技進步一等獎，三等獎及北京市科技進步三等獎，已發(fā)表學術論文一百余篇。

書籍目錄

1人類認識和利用風能的歷程/11.1 遠古的風神傳說11.2 人類利用風能的歷史41.2.1 風帆助航41.2.2 農業(yè)生產61.2.3 風力發(fā)電81.3 人類對風的認識進展12參考文獻182 風的本質及其表征/192.1 空氣的宏觀靜態(tài)特征192.2 空氣的流動力學特征232.3 風的形成機制282.4 大氣的流動圖案322.5 風的測量與表征422.5.1 風向測量422.5.2 風速測量442.5.3 風速與風級462.5.4 風速隨時間的變化472.5.5 風速隨高度的變化48參考文獻503 風力機概論/513.1 風力機簡介513.1.1 風力機空氣動力學基礎513.1.2 風力機工作原理523.2 各種類型的風力機583.2.1 水平軸風力機583.2.2 豎直軸風力機633.3 水平軸和豎直軸風力機對比703.4 水平軸風力機產業(yè)及技術現狀733.5 豎直軸風力機產品及應用77參考文獻834 風力發(fā)電系統(tǒng)/854.1 系統(tǒng)組成854.2 運行方式904.2.1 獨立運行904.2.2 風力-柴油互補發(fā)電924.2.3 并網發(fā)電934.3 風電場選址954.3.1 選址程序954.3.2 宏觀選址技術條件964.3.3 微觀選址要則974.4 風能與其他新能源的互補系統(tǒng)984.4.1 風能-水能互補發(fā)電1004.4.2 風能-太陽能互補發(fā)電103參考文獻1085 風能的其他利用/1115.1 風力提水1115.1.1 我國風力提水概況1115.1.2 風力提水技術簡介1135.1.3 風力提水市場潛力1165.2 風力制氫1185.2.1 氫能與燃料電池1185.2.2 以氫為載能體的風能發(fā)電系統(tǒng)實踐121參考文獻1296 我國風能發(fā)展概況/1316.1 我國風能資源儲量及分布1316.1.1 我國風能資源儲量1316.1.2 我國風能資源分布1326.2 風能對我國能源可持續(xù)發(fā)展的意義1346.2.1 能源可持續(xù)發(fā)展定義1346.2.2 我國能源利用現狀、障礙和挑戰(zhàn)1356.2.3 風能對于可持續(xù)發(fā)展的意義1386.3 我國風能發(fā)展概況1396.3.1 風能相關發(fā)展規(guī)劃、項目、政策和法規(guī)1396.3.2 風能產業(yè)發(fā)展概況1456.4 我國風能展望151參考文獻1537 全球風能發(fā)展概況/1557.1 全球風能資源與特征1557.2 全球風能開發(fā)利用和實踐1567.3 典型地區(qū)的風能開發(fā)利用161參考文獻165

章節(jié)摘錄

　　風或氣流與上面講的空氣的不規(guī)則運動不一樣。風是在一定時間內、一定范圍的空氣總體朝著一個比較固定的方向運動，而且要達到一定的速度。例如在夏天，人們?yōu)橼s走暑熱，都要拿起扇子扇扇，或打開電扇，于是就產生了風。這是因為扇子和電扇的扇葉驅趕著它們周圍的空氣向一個方向流去的結果。用比較確切的話說，在某種力的作用下，一定范圍的空氣總體朝著一個比較固定的方向流動，并且達到一定的速度（人或儀器可以感覺出來的速度），這種空氣的流動就是風?！　】諝庥纱罅坎粩噙\動著的分子組成，分子之間總是存在間隙，內部的質量分布也不連續(xù)，之間的碰撞又完全隨機。從微觀的角度上看，流體物理量的分布在空間和時間上都是不連續(xù)的。但從2.1節(jié)可以看出，從分子運動論可以直接推導出多個非常重要的宏觀參量，這些宏觀參量的時間和空間尺度遠大于分子平均碰撞頻率和分子平均自由程，因而從宏觀上呈現出穩(wěn)定和連續(xù)的特征。　　從流體運動的角度，人們感興趣的方面越發(fā)側重于宏觀特性，即大量分子的統(tǒng)計平均特性。從這個角度出發(fā)，基本不以分子作為研究對象，而是引進流體的連續(xù)介質模型。該模型適用于特征尺度遠大于流體質點特征尺度的問題，對于我們關注的風的問題，這個條件是能夠滿足的?！　∮昧黧w力學作為了解及把握空氣流動的重要理論工具，最初的研究側重于簡單的理想流體。這里提到的理想流體被定義為沒有黏性的流體，與熱力學中的理想氣體在概念上截然不同?！　?.1節(jié)中提到的理想氣體是指滿足理想氣體狀態(tài)方程（2-1）的氣體，但理想氣體不一定沒有黏性。事實上，由于氣體分子在做永不停息的熱運動，頻繁不斷的碰撞和摻和使分子之間不停地交換能量和動量，其中的一種體現就是黏滯現象。黏性是所有真實流體的固有特性?！　≌鎸崥怏w都是有黏性的，但黏性的存在給流體運動的數學描述和處理帶來很大的困難。人們在處理空氣動力學問題時，往往首先用黏性系數為零的所謂理想流體來代替真實流體，以便較為清晰地揭示流體運動的主要特征，然后再根據需要考慮黏性的影響。理想流體是人們?yōu)榱私鉀Q實際問題對于真實流體所作的抽象假設。為了避免概念混淆，人們將既符合理想氣體狀態(tài)方程又符合無黏假設的氣體稱為完全氣體。

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