海上風力發電機組設計

《海上風力發電機組設計》是2012年化學工業出版社出版的圖書，作者是吳佳梁、李成鋒。

基本介紹

• 書名：海上風力發電機組設計
• 作者：吳佳梁、李成鋒 
• ISBN：9787122119506 
• 頁數：293頁
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2012年1月1日
• 裝幀：平裝

內容簡介

《海上風力發電機組設計》介紹了海上風力發電機組設計的基本知識和技術，對比分析了開發海上風電的優劣勢，重點剖析了海上風電開發的六大制約因素。在此基礎上，提出了海上風力機的設計原則和系統解決方案、詳細闡述了海上風力機的技術路線對比、風力機基礎設計與施工、防腐蝕與密封設計、防颱風設計、可靠性設計、發電能力最佳化設計及可維護性設計的解決思路和設計方法。此外，簡要介紹了海上風力機的相關標準和認證，最後對未來海上風電開發與風力機設計技術的發展趨勢加以展望。

《海上風力發電機組設計》適合從事海上風電領域，尤其是海上風力機設計與開發的工程師和技術人員閱讀參考，也適合作為高等學校相關專業通用教材，對想要了解海上風力發電的讀者也是一本很好的科普讀物。

目錄

第1章海上風能與海上風力發電發展現狀

11海上風能與風電開發2

111海上風能的特點2

112海上風力發電機組的發展現狀6

113海上風力發電機組應具備的特點9

12歐洲海上風力發電發展現狀10

121歐洲海上風電技術的發展回顧10

122歐洲目前和近期開發的海上項目11

123歐洲開發海上風電的潛力13

124歐洲發展海上風電的經驗15

13中國海上風力發電發展現狀19

131中國發展海上風電的自然環境19

132中國風電場的發展現狀20

133中國海上風電發展面臨的問題22

134中國發展海上風電的對策24

第2章海上風電開發的優劣勢分析

21海上風電場建設31

211海上風電場選址原則31

212海上風電場的配置32

213海上風電場的成本33

22海上風電開發的優勢35

221高質量的海上風資源35

222更多可以借鑑的經驗36

23海上風電開發面臨的制約因素37

231鹽霧腐蝕對風力機的影響37

232颱風的影響40

233海浪的載荷43

234撞擊的風險49

235海上風電場建設的困難51

236運行與維護63

第3章海上風力機區別於陸上風力機的特殊性

31海上風力機技術路線選擇68

311風力機故障分析68

312主要的技術路線73

32風力機基礎多樣化設計76

321基礎設計條件要求76

322常見的基礎形式77

323幾種基礎方案比較86

324基礎設計流程88

33基礎的施工91

331重力式基礎施工91

332單樁式基礎施工91

333三腳架式基礎施工94

334導管架式基礎施工96

335群樁基礎施工97

34風力機防腐密封設計102

341主要的防腐蝕措施102

342海上風力機防腐措施104

343海上風力機密封措施106

344密封圈性能比較108

35風力機基礎防撞擊設計108

第4章海上風力機防腐蝕系統設計

41防腐塗裝111

411鑄造件112

412鍛造件113

413焊接件116

414高強螺栓聯結件120

415風力機基礎121

42加強密封122

421機艙罩和導流罩123

422齒輪箱123

423主軸承和迴轉支承124

424發電機125

43耐腐蝕材料套用125

431增速箱輔配件125

432發電機輔配件126

433液壓站126

434集中潤滑系統127

435非高強螺栓聯結件127

44電氣櫃系統防腐127

441變槳櫃128

442主控櫃129

443變流器130

45防腐防鏽工藝132

451塗料防腐工藝132

452防鏽油防鏽工藝144

453潤滑脂防鏽工藝152

454達克羅塗層及鍍鋅層修補工藝153

455工藝螺紋孔防護155

第5章防颱風加強設計與應對策略

51颱風破壞的分析158

511颱風的形成158

512颱風的分布規律159

513颱風浪的形成和傳播160

514颱風的主要特點及其對海上風力機的影響161

515颱風破壞的原因分析162

516颱風影響等級劃分三維坐標體系165

517抗颱風加強設計總體思路166

52傳動鏈增強設計167

53機艙罩的加強設計170

531加強機艙罩連線部位170

532艙內設定鋼板加強筋171

54風速風向儀選取172

541災難性氣候對風電機組的破壞172

542測風儀的分類及特點173

543風力機風向儀的故障原因及設計原則173

55測風儀應急預案176

56颱風期間控制策略176

57質量阻尼器減振設計177

571阻尼器的分類177

572結構上使用阻尼器的特點179

573阻尼器的安置形式180

574海上風力機使用阻尼器的作用183

58海上風力機抗颱風控制策略185

第6章海上風力機發電能力最佳化設計

61風力機轉速的最佳化187

611控制過程概述187

612控制目標188

613控制策略分析188

62最佳化模型因數分析192

63最佳化設計流程193

第7章海上風力機可靠性設計

71機械部件裕度設計196

72緊固連線件防松防鏽197

721緊固連線件總體設計原則197

722緊固連線件鬆動的原因197

723防松設計基本原則198

724防松措施199

725防鏽201

73電氣系統冗餘設計201

74電氣元件降額設計202

75電控櫃體設計202

751變槳系統運行環境及影響202

752變槳櫃設計原則及措施203

753海上環境對控制系統的影響204

754主控櫃設計原則及措施205

76發電機冷卻方式206

761冷卻系統的結構和組成206

762冷卻系統的防護209

763兩種方式維護及運行對比212

77變流器可靠性增強設計212

771環境要求212

772可靠性影響因素214

773可靠度分配218

774可靠性增強措施218

第8章海上風力機的維護與可維護性設計

81海上風力機的維護221

811安全221

812葉片的維修保養222

813輪轂的維修保養223

814變槳軸承的維修保養224

815變槳電機的維修保養224

816變槳減速機與變槳小齒輪的維修保養225

817變槳控制櫃的維修保養226

818主軸及主軸承的維修保養226

819增速箱的維修保養227

8110高速軸剎車的維修保養229

8111高速軸聯軸器的維修保養233

8112發電機的維修保養234

8113機艙底架的維修保養235

8114偏航系統的維修保養236

8115塔筒的維修保養237

8116機艙罩與導流罩的維修保養238

8117機組的非正常狀態處理及復位方法238

8118廢品處理239

82可維護的風力機結構設計240

821拆卸中存在的主要問題240

822可維護性結構設計準則240

823可維護性結構設計流程241

824結構設計241

83大部件維護專用吊裝設備243

84大部件維修工藝流程245

第9章海上風力機標準及認證

91海上風力機各種標準的對比252

911IEC 614003253

912GL海上風電指南253

913丹麥建議書254

914DNVOSJ101254

915IEC WT01254

916GL指南和IEC標準對風力機載荷的對比255

92海上風力機標準與陸上風力機標準的比較257

921陸上風力機標準257

922海上風力機標準259

93海上風力機認證262

931型式認證262

932項目認證264

第10章海上風電開發與風力機製造技術發展趨勢

101海上風電場建設與風電開發利用的發展趨勢270

102海上風力機製造技術展望273

1021機組功率趨向大型化274

1022碳纖維葉片274

1023高翼尖速度277

1024高壓直流（HVDC）技術和機組無功功率輸出可控技術277

1025單位掃掠面積的成本曲線降低278

1026智慧型電網278

附錄風電專業術語漢英對照

參考文獻

序言

隨著2010年東海大橋海上風電場的併網發電及國家發改委江蘇海上風電特許權開發項目開標，中國拉開了海上風電開發的序幕。我國海洋面積遼闊，海上風能資源豐富，加之我國政府相繼出台了大量優惠政策和舉措支持海上風電發展，各大電力公司和地方政府紛紛規劃建設大型海上風電場，風電機組供應商積極研發大功率風力機來推動海上風電事業的發展。

然而，海上風力機並非簡單地將陸上風力機“移植”到海上，海洋環境複雜，高鹽霧濃度、颱風、海浪等惡劣自然條件均對海上風力機的設計技術提出了嚴峻的挑戰，我國在海上風力機設計開發領域仍舊比較薄弱，更缺少介紹海上風力機設計技術的圖書和相關國家標準。因此，我們在研究海上風力機設計技術、總結海上風力機設計開發實踐經驗的基礎上編著了本書，以期成為海上風力機設計的指導書，能對從事海上風力機設計研發的工程技術人員有一定的幫助。

本書是在大幅補充和修訂作者前期出版的《海上風力發電技術》的基礎上編著而成。本書共10章，全面介紹了海上風力發電機組的設計原理和設計方法。

第1章主要分析海上風能的特點、國內外海上風電開發的發展現狀。通過分析和總結歐洲海上風電開發的歷史和經驗，剖析我國海上風電的現狀，對我國的海上風電開發提出了新的對策。

第2章主要介紹海上風電開發的優勢和面臨的制約因素。重點分析開發海上風電需要解決的重大課題，介紹鹽霧腐蝕、颱風、海浪、撞擊對海上風力機的影響，突出海上風電場建設、運行和維護的艱巨性。

第3章在對比分析海上風電開發的六大制約因素的基礎上，針對海上風力機設計區別於陸上的特殊性，從海上風力機技術路線選擇、風力機基礎多樣化設計、風力機防腐蝕密封設計、基礎防撞擊設計四方面介紹海上風力機的特殊性設計。

第4章詳細介紹海上風力機防腐蝕設計的系統解決方案，針對風力機不同部件的材質和所處環境鹽霧腐蝕的差異性，提出具體的應對措施。

第5章主要分析颱風的破壞機理及相應的海上風力機抗颱風設計策略與手段，七大策略將對未來我國東南沿海的海上風力機設計產生重要影響。

第6章主要介紹海上風力機發電能力最佳化設計的方法和設計流程。

第7章主要介紹海上風力機的可靠性設計，從機械部件裕度設計、緊固連線件防松防鏽、電氣系統冗餘設計、降額設計、電控櫃設計、發電機和變流器可靠性增強設計等方面進行了詳細闡述。

第8章主要講述海上風力機的運行維護方法和可維護性設計思想，提出可維護性風力機結構設計方法、專用維護工裝設計及大部件維修工藝流程。

第9章主要分析海上風力機設計標準和相關認證知識。對於風力機設計標準，橫向比較了風力機設計的各類標準，分析海上與陸上風力機設計標準的差異性。關於認證詳細介紹了型式認證和項目認證的相關內容。

第10章對未來海上風電開發與風力機設計製造技術發展趨勢進行了展望。

在本書的編著過程中，得到了三一電氣公司胡杰、王廣良、顧珊等領導的大力支持，並提出了寶貴的修改意見和建議，在此表示衷心感謝；整體研究院廣大同事參與了本書的數次評審，在此一併致謝。張建海、葉凡、王興、葉堅強、劉萬輝、趙德釗等同事參與了部分編著工作。

本書的編著參閱了大量參考文獻，在此對其作者一併表示感謝！

限於作者編著水平，書中不妥之處誠請廣大讀者批評指正。

編著者

2011年8月