风力发电原理/21世纪能源与动力工程类创新型应用人才培养规划教材·风能与动力工程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

《21世纪能源与动力工程类创新型应用人才培养规划教材·风能与动力工程：风力发电原理》从风力发电机组基本发电原理出发，全面介绍了风力发电机的发展历程，风的特性及我国的风能资源分布特点，风力发电机的基本组成及水平、垂直风电机组特点，风电场项目规划与选址，风力发电机组安全运行与维护及影响风电发展的因素等。全书共分10章，主要内容包括绪论、风力机的结构类型、风力发电的基本原理、风力发电机组、风力发电技术、风力发电机组安全运行与维护、风电场的确定、风能存储、风能的其他用途、风力发电的发展等内容。
本书可作为高等院校风能专业、风能与动力工程专业及相关专业的本、专科高年级学生和研究生教材，也可作为从事风力发电机组设计、运行、维护和管理等方面工作的专业技术人员培训教材或参考用书。

目录

第1章 绪论
1.1 风的形成
1.1.1 大气环流
1.1.2 季风环流
1.1.3 风力等级
1.1.4 风的测量
1.2 风能资源
1.2.1 风能的特点
1.2.2 中国风能资源分布特点
1.3 风能的数学描述
1.3.1 风特性
1.3.2 风能公式
复习思考题

第2章 风力机的结构类型
2.1 风力机概念
2.2 风力机的分类
2.3 水平轴风力机
2.4 垂直轴风力机
2.5 其他风力机
2.5.1 带锥形罩型风力发电机
2.5.2 旋风型风力发电机
2.5.3 无阻尼型风力发电机
2.5.4 离心甩出式风力发电机
2.5.5 移动翼栅式风力发电机
2.5.6 四螺旋风力发电机
2.5.7 升降传送式风力发电机
2.5.8 自动变形双组风叶多层
组装式风力发电机
复习思考题

第3章 风力发电的基本原理
3.1 工作原理
3.1.1 风轮
3.1.2 发电机
3.1.3 塔架
3.2 风力发电基本理论
3.2.1 贝茨(Betz)理论
3.2.2 叶素理论
3.2.3 涡流理论
3.2.4 动量理论
复习思考题

第4章 风力发电机组
4.1 风力发电机组的分类和构成
4.1.1 风力发电机组的分类
4.1.2 风力发电机组的构成
4.2 风电发电机组的工作原理
4.2.1 基本定义
4.2.2 空气动力特性
4.3 叶片
4.3.1 叶片应满足的基本要求
4.3.2 叶片类型
4.4 轮毂
4.4.1 固定式轮毂
4.4.2 叶片之间相对固定的铰链式轮毂
4.4.3 各叶片自由的铰链式轮毂
4.5 塔架
4.6 机舱及齿轮传动系统
4.6.1 机舱
4.6.2 齿轮箱
4.7 调向装置
4.7.1 尾翼调向
4.7.2 侧轮调向
4.7.3 下风向调向
4.7.4 电机调向
4.8 风力机功率输出及功率调节装置
4.8.1 风力机功率输出
4.8.2 风力机功率调节方式
4.9 制动装置
4.9.1 空气动力制动
4.9.2 机械制动
4.10 发电机
4.10.1 类型
4.10.2 发电机常见故障
4.11 常用控制器
4.11.1 整流器
4.11.2 逆变器
4.11.3 变频器
4.11.4 充电控制器
4.12 避雷系统
4.12.1 避雷系统3个主要构成要素
4.12.2 部件防雷措施
复习思考题

第5章 风力发电技术
5.1 功率调节
5.1.1 风力发电技术的发展
5.1.2 功率调节方式
5.1.3 滑差可调异步发电机的功率调节
5.1.4 双速发电机的功率调节
5.2 变转速运行
5.2.1 概述
5.2.2 变转速发电机
5.3 变转速及恒频
5.3.1 异步发电机的变速恒频技术
5.3.2 同步发电机的变速恒频技术
5.3.3 双馈异步发电机的变速恒频技术
5.3.4 风力机变转速技术
5.4 发电系统
5.4.1 恒频恒速发电系统
5.4.2 变速恒频发电系统
5.4.3 恒速恒频发电系统
5.4.4 小型直流发电系统
5.5 控制技术
5.5.1 双速异步发电机的运行控制
5.5.2 风力机驱动滑差可调的绕线式异步发电机的运行控制
5.5.3 同步发电机的变频控制
5.5.4 功率控制系统
5.5.5 转子电流控制器的原理
5.5.6 转子电流控制器的结构
5.5.7 采用转子电流控制器的功率调节
5.5.8 转子电流控制器在实际应用中的效果
5.6 供电方式
5.6.1 离网供电
5.6.2 直接并网
5.6.3 间接并网
复习思考题

第6章 风力发电机组安全运行与维护
6.1 风电机组的安全运行要求
6.1.1 安全运行的思想
6.1.2 安全运行的自动运行控制
6.1.3 安全运行的保护要求
6.1.4 控制安全系统安全运行的技术要求
6.2 风电场的运行与维护
6.3 风力发电机组常见故障及维护
……
第7章 风电场的确定
第8章 风能存储
第9章 风能的其他用途
第10章 风力发电的发展
附录一 风力等级表
附录二 网通资源分布图
附录三 风力发电机组电工术语
附录四 主要符号
参考文献

前言/序言

现代能源转型与可持续发展战略研究 书籍简介 本书深入剖析了全球能源结构转型的大背景，聚焦于当前世界面临的能源安全、气候变化与可持续发展三大核心挑战。全书内容涵盖了传统化石能源的局限性、新能源技术的现状与未来趋势、能源政策与市场机制的演变，以及支撑能源可持续发展的社会经济与技术路径。本书旨在为能源领域的专业人士、政策制定者、研究学者以及关注未来能源走向的高校师生提供一套全面、前瞻性的理论框架与实践指导。 --- 第一部分：全球能源格局的重塑与挑战 第一章：能源转型的驱动力与历史脉络 本章首先追溯了人类社会从木材、煤炭到石油、天然气等化石能源驱动的发展历程，分析了历次能源革命对地缘政治和经济格局的深远影响。随后，重点阐述了驱动当前能源转型的核心动力：气候变化科学的确认、全球温室气体减排承诺的压力（如《巴黎协定》的实施效果）、化石能源储量分布不均带来的能源安全风险，以及技术进步带来的新能源成本下降。本章详细对比了“能源贫困”与“能源充足”地区在能源消费结构上的巨大差异，并探讨了转型过程中可能出现的“能源正义”问题。 第二章：传统能源的结构性困境与减排路径 尽管新能源发展迅猛，但化石能源在未来数十年仍将是全球能源系统的基石。本章系统分析了煤炭、石油和天然气的开采、运输和消费环节所产生的环境负外部性，特别是空气污染和温室气体排放问题。针对煤炭的深度脱碳，本书详细研究了碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的最新进展、商业化瓶颈和政策激励措施。对于天然气，本书探讨了其作为“过渡能源”的角色定位，分析了非常规天然气（如页岩气）的开采技术进展及其伴随的环境风险（如水资源消耗与地震诱发）。此外，本章还探讨了能源效率提升在短期内降低总能耗的巨大潜力，并评估了全球主要经济体在能效标准制定和实施方面的差异化策略。 第三章：能源安全的新维度与韧性构建 传统能源安全侧重于供给侧的稳定，而现代能源安全则加入了对气候冲击和网络攻击的考量。本章提出了“多源互补、分散优化”的能源系统韧性（Resilience）概念。内容包括：关键能源基础设施（输电网、油气管道、液化天然气接收站）抵御极端天气事件的脆弱性评估；供应链多元化战略（如稀有金属、关键设备）对保障新能源产业可持续发展的意义；以及在数字化背景下，能源信息系统的网络安全防御体系构建，确保电力和燃料供应的连续性与可靠性。 --- 第二部分：非化石能源技术的纵深探索 第四章：太阳能光伏技术的迭代与应用深化 本章将太阳能光伏（PV）技术的关注点从早期的效率提升转向了系统集成与成本控制。内容涵盖了晶硅电池的下一代技术路线（如TOPCon、异质结HJT的商业化挑战），以及新兴薄膜技术（如钙钛矿电池）的长期稳定性问题。更重要的是，本章重点分析了光伏发电的间歇性对电网运行带来的挑战，以及光伏系统与建筑、交通的深度融合（BIPV, V2G技术应用场景的经济性分析）。此外，本书还探讨了光伏组件的全生命周期管理和回收再利用的工业化路径。 第五章：先进核能技术与低碳负排放潜力 核能作为稳定、高密度的零碳电力来源，其作用在脱碳战略中不可或缺。本书不局限于传统压水堆（PWR）的安全性与成本分析，而是着重介绍了第四代核反应堆（如钍基反应堆、熔盐堆MSRs）的设计原理、固有安全特性及其在燃料循环灵活性上的优势。此外，本章深入研究了小型模块化反应堆（SMRs）在区域供热、工业园区供电中的应用前景，以及其在简化监管和快速部署方面的潜在优势。 第六章：氢能的制备、储存与终端利用 氢能被视为实现深度脱碳的关键载体。本章对“绿色氢气”（通过可再生能源电解水制备）的成本下降趋势进行了详细测算，并与“蓝色氢气”（化石气体制氢+CCUS）的经济性进行了对比。在储存和运输方面，本书详细分析了液态储氢、金属储氢材料（如有机液体载体LOHC）的物理化学特性和工程化难度。终端应用部分，本书聚焦于燃料电池技术在重型运输、航运和工业加热领域的突破性应用，并探讨了建立跨区域、多模式的氢能基础设施网络的战略规划。 --- 第三部分：能源系统的集成、政策与市场机制 第七章：智能电网与能源互联网的构建 可再生能源的大规模并网对传统集中式电网提出了根本性挑战。本章详细阐述了能源互联网（Energy Internet）的架构设计，该架构基于信息物理系统（CPS），实现能源的灵活调度和多维交易。内容包括：分布式能源（DERs）的聚合与虚拟电厂（VPP）的运行机制、基于区块链技术的分布式能源交易平台的设计、以及电力电子技术在电网稳定性支撑（如高比例可再生能源下的惯量支撑）中的关键作用。 第八章：储能技术的多样化布局与经济性评估 储能是平衡可再生能源间歇性的核心技术。本书对不同技术路线进行了全面梳理：电化学储能（锂离子电池、钠离子电池、液流电池）的能量密度、循环寿命与安全特性对比；机械储能（压缩空气、飞轮）的规模化应用潜力；以及热能储存在区域供热/制冷系统中的优化调度。本章引入了“系统价值”评估模型，用以衡量储能系统在容量市场、辅助服务市场和能量市场的综合经济回报。 第九章：能源政策、市场化改革与跨国合作 能源转型需要强有力的政策引导和有效的市场激励。本章分析了碳定价机制（碳税与排放交易体系ETS）在全球范围内的实施效果及其对产业投资的导向作用。同时，本书探讨了电力市场化改革的深层次问题，如如何设计激励长期、低碳投资的容量市场机制，以及如何平衡输配电基础设施的成本回收与用户侧的公平负担。最后，本章强调了全球技术合作（如关键材料、标准制定）在加速低碳技术推广中的不可替代性。 第十章：能源转型中的社会、经济与伦理考量 可持续发展要求能源转型必须是公平和包容的。本章探讨了能源转型对传统化石能源产业工人的技能再培训和再就业问题（公正转型Just Transition）。同时，本书分析了新能源供应链中关键矿产资源的获取风险与地缘政治影响，并探讨了发展中国家如何在能源获取权（Energy Access）与气候目标之间找到平衡的“跨越式发展”路径。最终，本书呼吁建立一个更具韧性、更公平、技术驱动的未来能源体系。