風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計、安裝與運維

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

第2章 風力發(fā)電基礎(chǔ)和相關(guān)理論
2.1　風力發(fā)電基礎(chǔ) 42
2.1.1 風力發(fā)電 42
2.1.2 風力發(fā)電基本原理 43
2.2　風能的基礎(chǔ)理論 43
2.2.1 風能公式 43
2.2.2 風頻分布與Weibull分布特征 45
2.3　風力發(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 動量理論 50
2.3.4 風能利用系數(shù) 50
2.3.5 葉尖速比 51
2.3.6 葉片的攻角 51

第3章 風力發(fā)電機
3.1　風力發(fā)電機及其分類 53
3.2　風力發(fā)電機組的構(gòu)造與特點 60
3.2.1 風力發(fā)電機的基本構(gòu)造 60
3.2.2 小型風力發(fā)電機的主要結(jié)構(gòu)特征 61
3.2.3 一般中小型風力發(fā)電機組的主要組成部分 65
3.3　風力發(fā)電機組的基本特性參數(shù) 74
3.3.1 考察風力發(fā)電機組性能的最主要技術(shù)參數(shù) 74
3.3.2 其他技術(shù)指標 76
3.3.3 中小型風力發(fā)電機組的評價 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 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　可再生能源獨立供電系統(tǒng)的具體應(yīng)用和實例 100
4.4.1 可再生能源獨立供電系統(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 風力發(fā)電系統(tǒng)及其互補系統(tǒng)
5.1　風力發(fā)電系統(tǒng) 109
5.2　互補發(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/放電的機理及其數(shù)學模型 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 儲能裝置
7.1　儲能在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的必要性 139
7.1.1 儲能裝置的作用 139
7.1.2 儲能裝置的重要性 140
7.2　儲能裝置分類及其特點 140
7.2.1 機械儲能 140
7.2.2 化學儲能 143
7.2.3 電磁儲能 146
7.2.4 氫能儲存 147
7.2.5 其他新型儲能裝置及其前景——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 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 影響免維護蓄電池使用壽命的因素 168
7.8　正確使用蓄電池作為儲能裝置 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)計合適的蓄電池組 173
7.9.5 合理選擇蓄電池組中的單個蓄電池規(guī)格 175
7.9.6 使用蓄電池作為儲能裝置的注意事項 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 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 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)合的小型風力發(fā)電機安裝 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力發(fā)電機的注意事項 210
9.3.4 案例 211

第10章 燃油發(fā)電機和帶燃油發(fā)電機的可再生能源發(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 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)化運行 214
10.3　柴油發(fā)電機簡介 216
10.3.1 柴油發(fā)電機的組成 216
10.3.2 柴油發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)與選型 216
10.3.3 柴油發(fā)電機工作原理 217
10.3.4 柴油發(fā)電充電機 217
10.3.5 選擇柴油發(fā)電機充電控制器的基本參數(shù) 218
10.3.6 柴油發(fā)電機基本功能特點 218
10.3.7 選擇柴油發(fā)電機燃料、潤滑油或冷卻水 219
10.3.8 使用柴油發(fā)電機的基本條件 220
10.4　互補系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機 220
10.4.1 可再生能源供電系統(tǒng)中柴油發(fā)電機的工作方式 220
10.4.2 在直流母線型系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機的運行 220
10.4.3 在交流母線型系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機的運行 221
10.5　風/光/柴獨立發(fā)電系統(tǒng)實例 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 獨立風力發(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 226
11.2.1 設(shè)計局域電網(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 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 標識和安全警示 241

第12章 風力發(fā)電系統(tǒng)及其互補系統(tǒng)的集成設(shè)計
12.1　概述 242
12.2　可再生能源供電系統(tǒng)設(shè)計 245
12.2.1 獨立可再生能源集中供電系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 245
12.2.2 輔助設(shè)計工具 265
12.2.3 獨立風/光互補集中供電系統(tǒng)設(shè)計案例 267
12.3　其他與風能有關(guān)的離網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計 277
12.4　并網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計 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 湍流與風力發(fā)電機安裝微選址
13.1　湍流 282
13.1.1 湍流的概念及成因 282
13.1.2 國際能源署風能技術(shù)合作計劃對強湍流環(huán)境下風能利用的研究 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　風力發(fā)電機的安裝選址 295
13.2.1 風力發(fā)電機選址的原則——宏觀選址 296
13.2.2 微觀選址 297
13.3　多臺風力發(fā)電機組布局 306

第14章 風力發(fā)電系統(tǒng)安裝
14.1　系統(tǒng)運輸與風力發(fā)電機安裝 308
14.1.1 運輸 308
14.1.2 風力發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)場布局 309
14.1.3 風力發(fā)電機安裝 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 中小型風力發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)標準、檢測、標識與認證
15.1　中小風電的相關(guān)標準 322
15.1.1 國際標準 322
15.1.2 中國國家標準 329
15.2　風力發(fā)電機的認證 331
15.2.1 認證的過程 331
15.2.2 認證機構(gòu) 332
15.2.3 認證的標識 333
15.3　風力發(fā)電機的標識 334
15.3.1 IEA標識 335
15.3.2 其他標識 336
15.4　風力發(fā)電機的檢測 337
15.4.1 中國鑒衡認證中心的檢測 337
15.4.2 丹麥的測試 338

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

第17章 風力發(fā)電系統(tǒng)運行管理
17.1　離網(wǎng)風能電站的運行和管理 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)電站的電價或服務(wù)費 359
17.1.4 收取電費的時間 364
17.1.5 離網(wǎng)電站管理人員的一般職責 365
17.2　并網(wǎng)型分布式風力發(fā)電系統(tǒng)的運行和管理 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 風力發(fā)電系統(tǒng)的維護保養(yǎng)
18.1　風力發(fā)電機維護保養(yǎng) 369
18.1.1 風力發(fā)電機組維護保養(yǎng)的基本原則和要求 369
18.1.2 風力發(fā)電機組的維護檢查規(guī)定和注意事項 369
18.1.3 風力發(fā)電機的例行巡視和檢查 370
18.1.4 風力發(fā)電機組的定期維護與檢修 370
18.1.5 風力發(fā)電機組的定期維護與檢修主要檢查項目 371
18.1.6 風力發(fā)電機組的常見故障 372
18.1.7 運行環(huán)境對風力發(fā)電機組的影響 375
18.2　蓄電池維護保養(yǎng) 376
18.2.1 蓄電池的一般維護 376
18.2.2 常見故障 377
18.3　光伏陣列的維護保養(yǎng) 379
18.3.1 對光伏陣列的維護保養(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)電機的維護保養(yǎng) 381
18.7　DAS的維護保養(yǎng) 382

第19章 風力發(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　安全標識和警示 389

第20章 可再生能源發(fā)電的成本與經(jīng)濟性
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)濟分析 393
20.2.1 國外風能并網(wǎng)分布式項目實例分析 393
20.2.2 國內(nèi)風能并網(wǎng)分布式項目實例分析 396
20.3　分布式離網(wǎng)發(fā)電經(jīng)濟分析 397
20.3.1 風/光互補獨立集中供電系統(tǒng)經(jīng)濟分析案例 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