Wind energy:renewable energy and the environment

第1章　绪论　1

1.1　历史　1

1.1.1　荷兰风车　1

1.1.2　农场风车　2

1.1.3　离网型风电系统　3

1.1.4　并网型发电系统　4

1.2　风电场　7

1.3　小型系统　8

参考文献　8

第2章　能源　10

2.1　原理　10

2.1.1　可再生能源的利与弊　10

2.1.2　经济学　10

2.2　能源和电力的定义　11

2.3　能量基本定律　12

2.4　热力学法则下的能源困境　13

2.4.1　保护　13

2.4.2　效率　13

2.5　指数增长　15

2.6　化石燃料的使用　17

.2.6.1　石油和天然气　17

2.6.2　煤　20

2.7　核能　20

2.8　指数增长的数学应用　21

2.8.1　倍增时间　21

2.8.2　资源消耗　21

2.9　有限资源的使用寿命　21

2.10　总结　23

问题/练习　23

数量级估计　24

习题　24

参考文献　26

第3章　风特性　27

3.1　全球环流　27

3.2　风能利用极限　28

3.3　风的能量　29

3.4　风剪切　31

3.5　风向　35

3.6　风能密度　36

3.7　湍流　37

3.8　风速直方图　37

3.9　风速-时间曲线　38

3.10　风能密度变化量　39

3.11　风速分布　41

3.12　概括总结　42

问题/练习　43

习题　43

参考文献　44

第4章　风资源　45

4.1　美国　46

4.2　欧盟　49

4.3　其他国家和地区　50

4.4　海洋风　51

4.4.1　得克萨斯州墨西哥海岸地区　52

4.4.2　世界　53

4.5　仪器仪表　54

4.5.1　杯形和螺旋形风速仪　56

4.5.2　风向　57

4.5.3　仪器特点　57

4.5.4　测量　57

4.5.5　植被指示　58

4.6　数据记录仪　60

4.7　小型风力机的风力测量　62

习题　62

参考文献　64

第5章　风力机　66

5.1　拖动装置　66

5.2　提升装置　67

5.3　转轴方向　68

5.4　系统描述　69

5.5　空气动力学　71

5.6　控制　73

5.6.1　正常运行　74

5.6.2　故障　75

5.7　产能　75

5.7.1　发电机尺寸　75

5.7.2　转子面积以及风力图　76

5.7.3　出厂曲线　77

5.8　年产能计算　77

5.9　新型风力系统　78

5.10　应用　82

5.10.1　电能　83

5.10.2　机械能　83

5.10.3　热能　83

5.10.4　风能混合动力系统　84

5.10.5　总结　84

5.11　储能　84

习题　84

参考文献　85

第6章　风力机设计　87

6.1　引言　87

6.2　空气动力学　87

6.3　专业术语　88

6.4　拖动装置　89

6.5　提升装置　90

6.5.1　最大理论功率　92

6.5.2　旋转　92

6.6　空气动力学性能预测　93

6.7　测定功率和功率因数　98

6.8　结构　100

6.8.1　叶片　100

6.8.2　系统的其他部分　103

6.9　演化　105

6.10　小型风力机　107

习题　108

参考文献　109

第7章　电气　112

7.1　基本原理　112

7.1.1　法拉第电磁感应定律　114

7.1.2　相位角以及功率因数　115

7.2　发电机　116

7.2.1　异步发电机(恒转速运行)　117

7.2.2　双馈异步发电机(变转速运行)　120

7.2.3　直驱发电机(变转速运行)　120

7.2.4　永磁发电机(变转速运行)　120

7.2.5　发电机的比较　120

7.2.6　发电机实例　121

7.3　电能质量　122

7.4　电子技术　124

7.4.1　控制器　124

7.4.2　电力电子技术　125

7.4.3　变频器　126

7.5　闪电　126

7.6　卸荷电阻　126

习题　127

参考文献　128

第8章　性能　129

8.1　性能测量　129

8.2　风力统计　131

8.3　风电场性能　131

8.3.1　加利福尼亚风电场　131

8.3.2　美国其他风电场　133

8.3.3　其他国家和地区的风电场　135

8.4　尾流效应　136

8.5　enertech 44　137

8.6　bergey曲线　140

8.7　抽水　142

8.7.1　农场风车　142

8.7.2　电-电系统　143

8.8　风/柴互补混合系统　144

8.9　叶片性能　145

8.9.1　表面粗糙度　145

8.9.2　边界层控制　148

8.9.3　涡流发生器　148

8.9.4　流动可视化　148

8.10　评论　149

习题　149

参考文献　150

第9章　选址　153

9.1　小型风力机　153

9.1.1　噪声　156

9.1.2　视觉冲击　157

9.2　风电场　157

9.2.1　长期参考站　158

9.2.2　风电场的选址　158

9.3　数字地图　159

9.4　地理信息系统　159

9.5　风力资源筛选　160

9.5.1　西北太平洋实验室对得克萨斯州的风能估计　162

9.5.2　可替代能源研究所对得克萨斯州的风能估计　162

9.5.3　美国的风力发电　164

9.6　数值模型　164

9.7　微观选址　165

9.8　海风　168

总结　169

习题　169

参考文献　171

第10章　应用实例和风能产业　173

10.1　公共电力　173

10.2　小型风力机　175

10.3　分布式系统　176

10.4　风/柴互补系统　177

10.5　乡村电力　181

10.5.1　中国　182

10.5.2　实例研究：乡村风能电力系统　184

10.6　水源泵升　184

10.6.1　风力抽水系统的 设计　185

10.6.2　大型系统　186

10.7　风能产业　187

10.7.1　风能产业(1980～1990年)　190

10.7.2　风能产业(1990～2000年)　191

10.7.3　风能产业(2000～2010年)　192

10.8　评论　193

习题　194

参考文献　195

第11章　体制　198

11.1　预防成本　198

11.2　公众关注　199

11.2.1　安全　199

11.2.2　电能质量　200

11.2.3　用于公共事业的连接　200

11.2.4　辅助费用　200

11.3　安装和运行条例　201

11.4　环境　201

11.5　政策　204

11.6　奖励　205

11.6.1　美国　205

11.6.2　其他国家　208

11.7　外在因素　209

11.8　传输　210

习题　211

参考文献　212

第12章　经济　215

12.1　影响经济的因素　216

12.2　一般意见　216

12.3　经济分析　217

12.3.1　简单的回收期　218

12.3.2　能源成本　219

12.3.3　能源价值　220

12.4　生命周期成本　221

12.5　目前的价值以及平准化成本　222

12.6　外部因素　223

12.7　风力项目的发展　223

12.7.1　成本　228

12.7.2　收益　228

12.7.3　电力销售　229

12.8　混合动力系统　229

12.9　总结　231

12.10　未来前景　232

习题　233

参考文献　235

习题答案　236