風力發電機組的創新設計

本書分為4篇，包括設計背景、技術評估、設計主題和創新示例。第1篇概述了空氣動力學理論和最佳化設計，討論了風能轉換系統、傳動系統、縮放問題、海上風力發電機，並通過對未來技術的一瞥，總結了其技術發展趨勢；第2篇介紹了關於風力發電系統大量設計方案的全局性觀點，開發了相應的評估方法，其中包括帶有一些能源成本評估的具體實例；第3篇討論了經常出現的一些設計主題，如葉片數、變槳距或失速、水平或垂直軸；第4篇用現實生活中商業客戶的案例研蘭立祝究了創新技術的一些實例。

譯者2004年至2006年攻讀碩士學位期間進行了設體風力發電機組的接地系統設計，2006年至2010年攻讀博士學位期間，進行了風力發電機組受雷擊的暫態過程及雷電防護系統設計，2010年至今一直從事新能源發電技術的科研工作，在國際國內SCI、EI、ISTP及核心期刊上發表相關領域論文20餘篇。

譯者序

原書序

原書前言

原書致謝

引言1

0.1為什麼要創新1

0.2風能所面臨的挑戰2

0.3現代風機的規範2

0.4風能的變化4

0.5商業風力發電技術4

0.6風能技術評價的基礎6

0.6.1作為基線的標準設計6

0.6.2技術優勢的基礎6

0.6.3所宣稱的功率性能的安全性6

0.6.4所提出的創新的影響6

參考文獻7

第1篇設計背景9

第1章旋翼氣動理重地戀論9

1.1簡介9

1.2氣動升力10

1.3激勵盤12

1.4開流激勵盤13

1.4.1軸向感應13

1.4.2動量14

1.5廣義激勵盤理論15

1.6擴散器的受力21

1.7廣義激勵盤理論和實際擴散器設計22

1.8為什麼只有一個葉輪？22

1.9葉輪的基本運行23

1.10葉素動量理論25

1.10.1動量方程25

1.10.2葉素方程26

1.11最佳葉輪理論28

1.11.1功率係數Cp31

1.11.2正壓力係數34

1.11.3面外彎矩係數34

1.12廣義葉素動量理論36

1.13激勵盤和葉素動量理論的局限性39

1.13.1激勵盤的局限性39

1.13.2尾翼旋轉和尖端效應39

1.13.3最佳葉輪理論40

1.13.4偏流40

1.13.5小結41

參考文獻41

第2章旋翼氣動設計44

2.1最佳葉輪和硬度44

2.2葉輪硬度和理想的變速運行45

2.3硬度和負荷47

2.4翼型設計開發47

2.5氣動性能對平面形狀的敏感性52

2.6翼型設計規範53

參考文獻54

第3章葉輪結構的相互作用56

3.1葉片大體設計56

3.2葉片結構基礎57

3.3簡化的蓋梁分析59

3.3.1規定撓度的最小質量設計59

3.3.2疲勞強度設計：無撓度限制60

3.4翼型剖面的有效t/c比61

3.5葉片設計研究：參數化分析實例63

3.6工業葉片技術68

3.6.1設計68

3.6.2製造68

3.6.3設計開發69

參考文獻71

第4章風力發電機組的尺采腿棄度升級72

4.1簡介:尺寸和尺寸限制72

4.2二次方—三次方定律75

4.3縮放基礎75

4.4風力發電機組的相似律77

4.4.1葉尖速度77

4.4.2氣動力矩的縮放77

4.4.3彎曲剖面模量的縮放道廈危院78

4.4.4張力剖面的縮放78

4.4.5氣動彈性穩定性78

4.4.6自重載荷的縮放78

4.4.7葉片（葉尖）撓度縮放78

4.4.8更微妙的縮放效果及影響79

4.4.9變速器縮放80

4.4.10支撐結構縮放80

4.4.11功率/能量縮放80

4.4.12電氣系統縮放80

4.4.13控制系統縮放81

4.4.14縮放小結81

4.5商業數據分析82

4.5.1葉片質量縮放83

4.5.2軸質量縮放86

4.5.3機艙質量和塔頂質量的縮放87

4.5.4塔頂質量88

4.5.5塔架縮放89

4.5.6變速器縮放93

4.6垂直軸風機的尺度升級94

4.7額定葉尖速度94

4.8載荷升級96

4.9違反相似尋市探旋性98

4.10成本模燥晚榆型99

4.11縮放的結論100

參考文獻101

第5章風能轉換的概念102

參考文獻104

第6章傳動系統設計105

6.1簡介105

6.2定義105

6.3傳動系統創新的目的106

6.4傳動系統技術圖106

6.5直驅系統110

6.6混合型系統113

6.7液壓傳動裝置114

6.8直驅組件效率116

6.8.1簡介116

6.8.2運行範圍內的效率118

6.8.3變速器效率118

6.8.4發電機效率119

6.8.5變換器效率119

6.8.6變壓器效率121

6.8.7液力耦合器效率121

6.9最佳傳動系統121

6.10動力輸出裝置的創新概念123

參考文獻126

第7章海上風機127

7.1海上風機設計127

7.2高速葉輪127

7.2.1設計邏輯127

7.2.2速度限制128

7.2.3葉輪結構129

7.2.4設計比較130

7.3“更簡單的”海上風機133

7.4海上漂浮風機系統135

參考文獻137

第8章技術發展趨勢總結139

8.1演變過程139

8.2葉片數量和經營理念的共識141

8.3傳動系統概念的分歧141

8.4未來的風力發電技術142

8.4.1簡介142

8.4.2機載系統142

8.4.3新型系統的概念144

參考文獻146

第2篇技術評估147

第9章能源成本147

9.1能源成本的計算方法147

9.2能源：功率曲線150

9.3能源：有效性、可靠性、可用性155

9.3.1有效性155

9.3.2可靠性155

9.3.3實用性156

9.4資本成本157

9.5運維158

9.6總成本分攤158

9.7縮放成本影響160

9.8負荷影響（場所類型）161

參考文獻164

第10章評估方法166

10.1主要的評估問題166

10.2致命缺陷分析166

10.3功率性能167

10.3.1貝茲極限167

10.3.2風機的壓差169

10.3.3氣流中的總能量169

10.4傳動系統轉矩171

10.5典型的基準171

10.6設計負荷的比較172

10.7評估舉例：風機的最佳額定功率173

10.8評估舉例：Carter風機和結構的靈活性176

10.9評估舉例：概念設計最佳化研究178

參考文獻180

第3篇設計主題183

第11章最佳葉片數183

11.1能源捕獲比較183

11.2葉片設計問題184

11.3運行和系統設計問題186

11.4多葉片葉輪191

參考文獻191

第12章變槳距與失速192

12.1失速調節192

12.2變槳距調節194

12.3疲勞載荷問題195

12.4電能質量和網路需求197

12.4.1風機設計的併網導則要求和意義197

參考文獻199

第13章水平軸風機還是垂直軸風機200

13.1簡介200

13.2垂直軸風機的空氣動力學201

13.3功率特性和能量捕獲206

13.4傳動系統轉矩207

13.5垂直軸風機的適當套用209

13.6垂直軸風機設計現狀209

13.6.1問題209

13.6.2解決方法210

參考文獻211

第14章自由偏航212

14.1偏航系統的能源成本價值212

14.2偏航動力學212

14.3偏航阻尼214

14.4主傳動214

14.5自由偏航風機的運行經驗214

14.6小結216

參考文獻216

第15章多葉輪系統217

15.1簡介217

15.2標準化效益和概念的發展217

15.3運行機制218

15.4縮放比例經濟學218

15.5歷史回顧220

15.6多葉輪陣列的氣動性能220

15.7最近的多葉輪理念221

15.8多葉輪的結論225

參考文獻226

第16章設計主題概述227

第4篇創新示例229

第17章強適應性葉輪的概念229

17.1葉輪運行的要求229

17.2風機的控制231

17.3適應性強的葉輪232

17.4錐形葉輪234

17.4.1概念234

17.4.2錐形葉輪:總體評價—能量捕獲236

17.4.3錐形葉輪:總體評價—負載237

17.4.4概念綜述238

17.5變直徑葉輪238

參考文獻240

第18章覆蓋式葉輪241

參考文獻244

第19章GamesaG10X型傳動系統245

第20章陀螺轉矩傳遞247

參考文獻252

第21章Norsetek葉輪設計253

參考文獻255

第22章西門子葉片技術256

第23章擺振259

參考文獻262

第24章磁性齒輪傳動和準直驅263

24.1磁性齒輪傳動技術263

24.2準直驅技術265

參考文獻267

第25章總結和評論268

風力發電機組的創新設計

基本介紹

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