風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與運(yùn)維

緒論
0.1　發(fā)展可再生能源的必要性 2
0.1.1 全球變暖 2
0.1.2 化石燃料枯竭 4
0.1.3 環(huán)境污染 5
0.1.4 無電與貧困 6
0.2　我國政府應(yīng)對氣候變化的目標(biāo)和主要可再生能源產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 7
0.2.1 我國政府應(yīng)對氣候變化的目標(biāo) 7
0.2.2 我國主要可再生能源產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 8

第1章 風(fēng)能和風(fēng)能資源的測量評估
1.1　風(fēng)能的描述和特點(diǎn) 13
1.1.1 風(fēng)能的描述 13
1.1.2 風(fēng)能的特點(diǎn) 22
1.2　風(fēng)能的測量與評估 24
1.2.1 風(fēng)速的測量與描述 24
1.2.2 風(fēng)向的測量與描述 28
1.3　我國的風(fēng)能資源 30
1.3.1 我國的風(fēng)能分布 30
1.3.2 影響我國風(fēng)能資源的因素 31
1.3.3 我國最新四維風(fēng)能資源大數(shù)據(jù) 35
1.4　風(fēng)能資源的測量與評估 35
1.4.1 風(fēng)能資源評估的重要性 35
1.4.2 風(fēng)能資源的評估 36
1.4.3 風(fēng)能資源評估程序 36
1.4.4 測風(fēng)步驟 37
1.4.5 小規(guī)模項(xiàng)目的風(fēng)能資源評估 38

第2章 風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)和相關(guān)理論
2.1　風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ) 42
2.1.1 風(fēng)力發(fā)電 42
2.1.2 風(fēng)力發(fā)電基本原理 43
2.2　風(fēng)能的基礎(chǔ)理論 43
2.2.1 風(fēng)能公式 43
2.2.2 風(fēng)頻分布與Weibull分布特征 45
2.3　風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)理論 48
2.3.1 貝茨(Betz)理論 48
2.3.2 葉素理論 49
2.3.3 動(dòng)量理論 50
2.3.4 風(fēng)能利用系數(shù) 50
2.3.5 葉尖速比 51
2.3.6 葉片的攻角 51

第3章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)
3.1　風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其分類 53
3.2　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)造與特點(diǎn) 60
3.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造 60
3.2.2 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特征 61
3.2.3 一般中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要組成部分 65
3.3　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本特性參數(shù) 74
3.3.1 考察風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能的最主要技術(shù)參數(shù) 74
3.3.2 其他技術(shù)指標(biāo) 76
3.3.3 中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的評價(jià) 78

第4章 可再生能源發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)
4.1　可再生能源的定義和特點(diǎn) 90
4.2　可再生能源發(fā)電的基本形式 91
4.2.1 一次能源和二次能源 91
4.2.2 可再生能源發(fā)電分類 92
4.3　可再生能源并網(wǎng)發(fā)電與離網(wǎng)發(fā)電 93
4.3.1 并網(wǎng)發(fā)電 93
4.3.2 可再生能源離網(wǎng)發(fā)電 97
4.4　可再生能源獨(dú)立供電系統(tǒng)的具體應(yīng)用和實(shí)例 100
4.4.1 可再生能源獨(dú)立供電系統(tǒng)的具體應(yīng)用 100
4.4.2 可再生能源發(fā)電應(yīng)用實(shí)例 104
4.5　可再生能源發(fā)電的環(huán)保效益 107
4.6　可再生能源發(fā)電的局限性及可行性研究 107

第5章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其互補(bǔ)系統(tǒng)
5.1　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 109
5.2　互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng) 115

第6章 充電控制器
6.1　充電控制器及其基本工作原理 123
6.2　各類型充電控制器工作原理 125
6.2.1 充電控制器分類 125
6.2.2 充電控制器對蓄電池充/放電的機(jī)理及其數(shù)學(xué)模型 126
6.2.3 各類型充電控制器具體工作原理 131
6.3　充電控制器的基本參數(shù)與選擇 135

第7章 儲(chǔ)能裝置
7.1　儲(chǔ)能在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的必要性 139
7.1.1 儲(chǔ)能裝置的作用 139
7.1.2 儲(chǔ)能裝置的重要性 140
7.2　儲(chǔ)能裝置分類及其特點(diǎn) 140
7.2.1 機(jī)械儲(chǔ)能 140
7.2.2 化學(xué)儲(chǔ)能 143
7.2.3 電磁儲(chǔ)能 146
7.2.4 氫能儲(chǔ)存 147
7.2.5 其他新型儲(chǔ)能裝置及其前景——特斯拉“家庭電池能量墻” 148
7.2.6 能源存儲(chǔ)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的比較 150
7.3　蓄電池 153
7.3.1 蓄電池分類 153
7.3.2 常用的鉛酸蓄電池 154
7.3.3 蓄電池命名 155
7.4　主要蓄電池介紹 156
7.4.1 閥控式密封鉛酸蓄電池 156
7.4.2 堿性蓄電池 157
7.4.3 膠體電池 157
7.4.4 硅能蓄電池 158
7.4.5 燃料電池 158
7.5　鉛酸蓄電池的基本組成結(jié)構(gòu)及工作原理 159
7.5.1 鉛酸蓄電池的基本組成及工作原理 159
7.5.2 閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理 160
7.5.3 閥控式密封鉛酸蓄電池的分類及特點(diǎn) 161
7.5.4 使用閥控式密封鉛酸蓄電池應(yīng)遵循的原則 162
7.6　可再生能源離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池的基本要求 163
7.7　蓄電池的應(yīng)用 164
7.7.1 蓄電池的基本技術(shù)參數(shù) 164
7.7.2 影響蓄電池容量的因素 166
7.7.3 蓄電池失效模式及其影響因素 167
7.7.4 影響免維護(hù)蓄電池使用壽命的因素 168
7.8　正確使用蓄電池作為儲(chǔ)能裝置 169
7.8.1 蓄電池的工作溫度 169
7.8.2 蓄電池壽命的評價(jià)方法 169
7.8.3 鉛酸蓄電池電解液的密度及其檢測 170
7.8.4 蓄電池的均衡充電及其工作原理 171
7.8.5 蓄電池的溫度補(bǔ)償 172
7.9　蓄電池組 172
7.9.1 電池組的串聯(lián) 172
7.9.2 電池組的并聯(lián) 172
7.9.3 蓄電池組 173
7.9.4 設(shè)計(jì)合適的蓄電池組 173
7.9.5 合理選擇蓄電池組中的單個(gè)蓄電池規(guī)格 175
7.9.6 使用蓄電池作為儲(chǔ)能裝置的注意事項(xiàng) 175

第8章 逆變器與并網(wǎng)逆變器
8.1　逆變器、逆變器的組成和工作原理 177
8.1.1 逆變器 177
8.1.2 逆變器的基本組成 177
8.1.3 逆變器基本工作原理 178
8.2　逆變器的分類 179
8.2.1 逆變器的不同分類方式 179
8.2.2 逆變器的主要應(yīng)用類型 182
8.3　逆變器的主要電路原理 183
8.4　逆變器的基本特性參數(shù) 186
8.4.1 逆變器常用的技術(shù)參數(shù) 186
8.4.2 并網(wǎng)型可再生能源供電系統(tǒng)對逆變器的技術(shù)要求 188
8.4.3 離網(wǎng)型可再生能源供電系統(tǒng)對逆變器的技術(shù)要求 188
8.5　逆變器的選擇與使用 188
8.5.1 選擇逆變器的功率 188
8.5.2 考慮系統(tǒng)中的感性負(fù)載 190
8.5.3 選擇逆變器的類型 190
8.5.4 考慮系統(tǒng)內(nèi)逆變器的配置 191
8.5.5 考慮海拔高度的影響 191
8.5.6 選擇逆變器的一般步驟 192
8.5.7 控制逆變一體機(jī) 193
8.5.8 UPS與逆變器 194

第9章 支撐結(jié)構(gòu)和地基
9.1　支撐結(jié)構(gòu)及其分類 195
9.1.1 塔架 195
9.1.2 塔架基本分類與特點(diǎn) 195
9.1.3 塔架材料 199
9.1.4 塔架的高度 199
9.1.5 塔架的選擇與應(yīng)用 201
9.2　塔架的地基 203
9.2.1 不同塔架類型對地基的要求 203
9.2.2 地基的制作 206
9.3　和建筑物相結(jié)合的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝 207
9.3.1 建筑物屋頂?shù)念愋?208
9.3.2 建筑物的組合 209
9.3.3 在建筑物上安裝小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的注意事項(xiàng) 210
9.3.4 案例 211

第10章 燃油發(fā)電機(jī)和帶燃油發(fā)電機(jī)的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)
10.1　可再生能源離網(wǎng)供電系統(tǒng)中引入燃油發(fā)電機(jī) 213
10.1.1 源自原有柴油發(fā)電系統(tǒng)的需求 213
10.1.2 源自新興可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的需求 213
10.2　燃油發(fā)電系統(tǒng) 214
10.2.1 燃油發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ) 214
10.2.2 燃油發(fā)電系統(tǒng)的效率及優(yōu)化運(yùn)行 214
10.3　柴油發(fā)電機(jī)簡介 216
10.3.1 柴油發(fā)電機(jī)的組成 216
10.3.2 柴油發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)與選型 216
10.3.3 柴油發(fā)電機(jī)工作原理 217
10.3.4 柴油發(fā)電充電機(jī) 217
10.3.5 選擇柴油發(fā)電機(jī)充電控制器的基本參數(shù) 218
10.3.6 柴油發(fā)電機(jī)基本功能特點(diǎn) 218
10.3.7 選擇柴油發(fā)電機(jī)燃料、潤滑油或冷卻水 219
10.3.8 使用柴油發(fā)電機(jī)的基本條件 220
10.4　互補(bǔ)系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機(jī) 220
10.4.1 可再生能源供電系統(tǒng)中柴油發(fā)電機(jī)的工作方式 220
10.4.2 在直流母線型系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 220
10.4.3 在交流母線型系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行 221
10.5　風(fēng)/光/柴獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)實(shí)例 222

第11章 局域電網(wǎng)和控制房
11.1　局域電網(wǎng) 223
11.1.1 離網(wǎng)可再生能源電站的主要電力設(shè)備 223
11.1.2 局域電網(wǎng) 224
11.1.3 控制房 225
11.1.4 微電網(wǎng) 225
11.1.5 獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電供電系統(tǒng)的局域電網(wǎng) 226
11.2　局域電網(wǎng)的設(shè)計(jì) 226
11.2.1 設(shè)計(jì)局域電網(wǎng)的一般步驟 226
11.2.2 低壓配電柜 226
11.2.3 低壓配電柜的形式和結(jié)構(gòu) 228
11.2.4 配電盤 229
11.2.5 低壓配電柜的容量及元件的選擇 230
11.2.6 離網(wǎng)可再生能源供電系統(tǒng)對低壓配電柜的基本要求 230
11.2.7 高海拔對低壓電器的影響 232
11.3　局域電網(wǎng)基本要求和設(shè)計(jì) 234
11.3.1 低壓線路的分類和技術(shù)要求 234
11.3.2 低壓配電線路的組成 235
11.3.3 室內(nèi)配電的組成 235
11.3.4 電網(wǎng)電纜線的選擇 235
11.3.5 電桿 237
11.3.6 可再生能源局域電網(wǎng)的傳輸半徑 238
11.4　控制房 238
11.4.1 可再生能源獨(dú)立電站的基本土建設(shè)施 238
11.4.2 土建設(shè)施的基本要求 240
11.4.3 標(biāo)識(shí)和安全警示 241

第12章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其互補(bǔ)系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)
12.1　概述 242
12.2　可再生能源供電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 245
12.2.1 獨(dú)立可再生能源集中供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 245
12.2.2 輔助設(shè)計(jì)工具 265
12.2.3 獨(dú)立風(fēng)/光互補(bǔ)集中供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 267
12.3　其他與風(fēng)能有關(guān)的離網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 277
12.4　并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 279
12.4.1 全額上網(wǎng)型 279
12.4.2 自發(fā)自用余電上網(wǎng)型 280
12.4.3 完全自發(fā)自用型 280

第13章 湍流與風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝微選址
13.1　湍流 282
13.1.1 湍流的概念及成因 282
13.1.2 國際能源署風(fēng)能技術(shù)合作計(jì)劃對強(qiáng)湍流環(huán)境下風(fēng)能利用的研究 283
13.1.3 我國對湍流及其對微選址影響的研究及發(fā)現(xiàn) 283
13.1.4 國際上對湍流的研究 291
13.2　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝選址 295
13.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)選址的原則——宏觀選址 296
13.2.2 微觀選址 297
13.3　多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布局 306

第14章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安裝
14.1　系統(tǒng)運(yùn)輸與風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝 308
14.1.1 運(yùn)輸 308
14.1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)場布局 309
14.1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝 310
14.2　系統(tǒng)中其他部件的安裝 318
14.2.1 蓄電池 318
14.2.2 系統(tǒng)其他部件和控制房內(nèi)的安裝 319

第15章 中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、檢測、標(biāo)識(shí)與認(rèn)證
15.1　中小風(fēng)電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 322
15.1.1 國際標(biāo)準(zhǔn) 322
15.1.2 中國國家標(biāo)準(zhǔn) 329
15.2　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的認(rèn)證 331
15.2.1 認(rèn)證的過程 331
15.2.2 認(rèn)證機(jī)構(gòu) 332
15.2.3 認(rèn)證的標(biāo)識(shí) 333
15.3　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的標(biāo)識(shí) 334
15.3.1 IEA標(biāo)識(shí) 335
15.3.2 其他標(biāo)識(shí) 336
15.4　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的檢測 337
15.4.1 中國鑒衡認(rèn)證中心的檢測 337
15.4.2 丹麥的測試 338

第16章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目的驗(yàn)收
16.1　項(xiàng)目驗(yàn)收的目的 339
16.2　項(xiàng)目驗(yàn)收的依據(jù) 339
16.3　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的預(yù)測試 340
16.4　項(xiàng)目驗(yàn)收的程序 340
16.4.1 成立驗(yàn)收委員會(huì) 340
16.4.2 驗(yàn)收過程 341
16.5　項(xiàng)目驗(yàn)收的具體內(nèi)容 343
16.5.1 一般檢查與檢測內(nèi)容 343
16.5.2 風(fēng)/光互補(bǔ)系統(tǒng)的驗(yàn)收和注意點(diǎn) 344
16.5.3 驗(yàn)收表格 344
16.5.4 風(fēng)/光互補(bǔ)系統(tǒng)驗(yàn)收的要求 347
16.6　驗(yàn)收協(xié)議 348
16.7　驗(yàn)收報(bào)告 348

第17章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行管理
17.1　離網(wǎng)風(fēng)能電站的運(yùn)行和管理 351
17.1.1 研究離網(wǎng)電站管理模式的意義 351
17.1.2 離網(wǎng)電站的管理模式 351
17.1.3 離網(wǎng)電站的電價(jià)或服務(wù)費(fèi) 359
17.1.4 收取電費(fèi)的時(shí)間 364
17.1.5 離網(wǎng)電站管理人員的一般職責(zé) 365
17.2　并網(wǎng)型分布式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行和管理 365
17.2.1 全額上網(wǎng)型 366
17.2.2 自發(fā)自用余電上網(wǎng)型 366
17.2.3 完全自發(fā)自用型 367

第18章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)
18.1　風(fēng)力發(fā)電機(jī)維護(hù)保養(yǎng) 369
18.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)的基本原則和要求 369
18.1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的維護(hù)檢查規(guī)定和注意事項(xiàng) 369
18.1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的例行巡視和檢查 370
18.1.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定期維護(hù)與檢修 370
18.1.5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定期維護(hù)與檢修主要檢查項(xiàng)目 371
18.1.6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的常見故障 372
18.1.7 運(yùn)行環(huán)境對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響 375
18.2　蓄電池維護(hù)保養(yǎng) 376
18.2.1 蓄電池的一般維護(hù) 376
18.2.2 常見故障 377
18.3　光伏陣列的維護(hù)保養(yǎng) 379
18.3.1 對光伏陣列的維護(hù)保養(yǎng) 379
18.3.2 光伏組件的巡檢周期 380
18.4　充電控制器和逆變器 380
18.5　防雷與接地 381
18.6　柴油發(fā)電機(jī)的維護(hù)保養(yǎng) 381
18.7　DAS的維護(hù)保養(yǎng) 382

第19章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全
19.1　概述 384
19.2　人身安全 384
19.3　設(shè)備安全 386
19.4　系統(tǒng)安全 388
19.5　安全標(biāo)識(shí)和警示 389

第20章 可再生能源發(fā)電的成本與經(jīng)濟(jì)性
20.1　可再生能源發(fā)電成本的基本構(gòu)成 391
20.2　分布式并網(wǎng)發(fā)電經(jīng)濟(jì)分析 393
20.2.1 國外風(fēng)能并網(wǎng)分布式項(xiàng)目實(shí)例分析 393
20.2.2 國內(nèi)風(fēng)能并網(wǎng)分布式項(xiàng)目實(shí)例分析 396
20.3　分布式離網(wǎng)發(fā)電經(jīng)濟(jì)分析 397
20.3.1 風(fēng)/光互補(bǔ)獨(dú)立集中供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析案例 397
20.3.2 各種無電地區(qū)通電方案的簡單分析比較 400

參考文獻(xiàn)