风之能源——小型风电系统实用指南.pdf

低碳经济与绿色能源丛书风 之 能 源 小型风电系统实用指南 （美）著 孟明 译机 械 工 业 出 版 社本书从实际应用的角度全面地介绍了小型风电系统，其内容几乎涵盖了小型风电系统所涉及的各个方面，包括风、风能、风电系统的组成和类型、风能评估、风力发电机、塔架、蓄电池、逆变器、风电系统的安装和维护、风电系统的安装费用和收益以及申请安装风电系统所涉及的问题等。本书通俗易懂，适合于对小型风电系统感兴趣的个人以及从事风电工作的技术人员阅读，对我国风电技术的发展和激励政策的制定以及科研院所、大专院校、风电设备制造商所进行的风电研究工作也有一定的借鉴价值。：，：本书版权登记号：图字 图书在版编目（）数据风之能源：小型风电系统实用指南（美）基拉什（，）等著；孟明译 北京：机械工业出版社，（低碳经济与绿色能源丛书）书名原文：风 基孟 风力发电系统 中国版本图书馆 数据核字（）第 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 号 邮政编码）策划编辑：付承桂 责任编辑：任 鑫版式设计：张晓蓉封面设计：霍永明 责任校对赵颖喆 责任印制 年 月第 版第 次印刷 印张 千字3000 册标准书号：定价：49.80元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务社 服 务 中 心：（）销 售 一 部：（）销 售 二 部：（）读者购书热线：（）网络服务 门户网：教材网：封面无防伪标均为盗版杨 曦保定市中画美凯印刷有限公司印刷译 者 的 话能源短缺和环境污染已成为当今人类社会生存和发展所要解决的紧迫问题，以清洁、可再生能源为主的能源结构逐步取代以污染严重、资源有限的化石能源为主的能源结构将成为未来发展的必然。大力发展风力发电和太阳能发电等清洁的可再生能源是实现能源、环境和社会可持续发展的有效途径。安装小型风电系统可以在高效使用能源、减少碳排放的同时，更大程度地实现能源的独立。本书是一本全面的、通俗易懂的小型风电系统的实用指南。虽然本书几乎涵盖了小型风电系统所涉及的所有内容，但是并没有过多地关注技术细节，而是从实用的角度介绍了小型风电系统，因此，你不需要具有非常深的相关专业知识就可以读懂。书中采用了大量的栏框对所涉及的重要内容进行了深入解释和说明。虽然为了通俗易懂的原因而失去了专业语言的严谨性，但是这并不影响读者对知识的正确理解。此外，虽然本书所介绍的内容主要是美国的小型风电系统，其中的一部分内容可能不适合我国的国情，但是仍然会对我国风电事业的发展起到一定的借鉴作用。原书中存在一些明显的笔误或印刷错误，在译文中已经进行了改正。此外，原书中的部分单位不符合我国的使用习惯或国家标准，为保持与原书一致，翻译过程中并没有加以改变。在本书的翻译过程中，研究生张丽美、吴海波和靖言做了一部分工作，在此表示感谢。为了本书的顺利出版，本书的策划编辑付承桂对译者的再三推迟交稿日期给予了极大的宽容，机械工业出版社未曾相识的相关领导和编辑也进行了许多工作，在此衷心地向他们表示感谢。此外，译者还得到了家人和许多朋友的帮助，在此也一并向他们表示感谢，并将此书献给他们。由于本书内容几乎涵盖了小型风电系统所涉及的各个方面，包括天文、地理、环境、数学、能源、电力、化学、机械、建筑、航空、经济、财务、医学、金融、保险和法律等学科，虽然译者极尽所能，一词一句，力争准确无误，但是因水平所限，译文中难免存在错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正。孟明完成于多伦多前言 年夏天，我开始写这本书。那时，我刚出版了 一书，它可以帮助读者选择、开发和利用可再生能源，特别是太阳能和风能。随后电子邮件和电话接踵而至，内容都是有关太阳能发电和风力发电的技术性问题。读者以为我是该书所涉及的每一种可再生能源技术方面的专家，然而事实上，当时我最精通的技术领域是被动式太阳能加热和制冷。早在几年前我就已经出版了一本有关这一主题的书，该书的名字是 ：。尽管我已经安装了自己的风电系统，在以前的住宅中也安装了太阳能热水器，并且在洛基山脚下自己超高效的被动式太阳能住宅中，依靠独立型太阳能发电系统生活了很多年，但是除被动式太阳能系统以外，我的确不是风能和其他可再生能源系统方面的专家。年夏天，在 一书出版几个月后，我拜访了密歇根州北部的一位客户，帮她设计了一套用于小型有机农场和生态学习中心的超高效的被动式太阳能设备。她咨询我是否可以帮她设计一个为抽水泵供电的风力发电系统以便于灌溉她的农作物。我本能地答应了她，以为这不是什么难事。回家以后，我开始阅读手边能找到的有关风能的所有资料以扩充自己的知识。我可能永远不会明白我为什么会着迷于这一令人惊叹的技术及其所有复杂的技术细节，对于我所学过的任何东西，我都希望精益求精。随着知识的增加，我感觉有一种要把所有的东西写下来的强烈愿望，要为那些想了解风能但是又不想啃完上百种相关书籍和文章的人写一本书。然而，随着知识的增加，我意识到这个学科要求具备极其高水平的专业技术知识。同时，我也很快认识到需要一个真正精明强干、经验丰富和知识渊博的小型风电系统专家来帮助我，为我提供建议和指导，纠正因疏忽造成的错误，并且提供其他信息。在参加中西部可再生能源协会（前 言）每年举办的能源展览会时，我很大胆地询问 是否愿意帮助我，他是一个正好符合要求的人。是小型风电系统方面的专家。他从事小型风电系统业务的时间比任何人都要长。说尽管他的日程安排得很满，但他还是愿意帮助我。早在 年就已经涉足了小型风电工业。他在中西部可再生能源协会和太阳能国际（）组织的风电专题研讨会中授课。他为美国风能协会（）的 和 写专栏，并且已经在 杂志上发表了许多文章。他作为威斯康星州聚焦能源（）工程中小型风电项目的顾问，以及本项目中我的主要技术顾问，自始至终都在提供非常宝贵的信息和建议。差不多一年以后，我就家用和办公用可再生能源技术一系列图书的出版与 进行联系。他们对我的这些想法很感兴趣，从而我们就此展开了进一步的实施工作。在 加入之后，我加快了自身的学习和提高。我通过各种各样的团体，如中西部可再生能源协会和美国太阳能学会（）报名参加了许多有关风电的专题研讨会。对我来说最重要的学习是那些能够亲身进行实践的有关风力发电机的安装、设计和风站点评估的专题研讨会。年底，我获得了风站点评估员资格证书，那时，全美国仅有十二名获得资格证书的风站点评估员，我就是其中的一个。那一年，我又聘请了另外一位风电专家，他就是 杂志的。与 一样，在专题研讨会上讲授安装的内容，并且为 杂志撰写有关风电的文章。也提供了一部分很好的内容，那就是有关他自己应用风力和太阳能发电的情况，而且他已经脱离电网生活很多年了。是美国可再生能源实验室（）小型风电系统的专家。年夏天，在克利夫兰举办的“”一个关于小型风电系统的专题研讨会上，与 公司的 合作进行讲学。在参加完该研讨会之后，我询问 能否提供帮助。非常慷慨，自愿阅读了手稿，并提出了自己的意见，帮助我们确保了本书技术的准确性。风 之 能 源 几个月之后，我又聘请了另外一位专家，即 ，他是一名电气工 是 的昵称。程师。在他为一些风电研讨会工作时，我遇到了他。给我印象最深的是他那广博的知识以及超乎寻常的清晰地解释问题的能力，还有他对数学、物理和工程术语准确性的认真坚持。他说他非常高兴能阅读本书以帮助确保技术的准确性。我聘请他来帮助我，以确保这本为非工程师撰写的书在每一个环节都是正确的。、和 提供了极其宝贵的建议，这些建议帮助我创作出了希望是最准确的、最新且易读的有关小型风电系统的作品。没有他们的帮助，这项工作是不可能完成的。我深深地感谢他们为本书提出了睿智的、诚恳的建议以及为准确性的提高所作出的贡献。我也非常荣幸能够和这些具有伟大献身精神而且知识渊博的人一起工作。衷心地感谢他们以及本书参考文献的作者们。我也非常感谢 的朋友们，多年来，为 和 工作是非常愉快的一件事。感谢他们参加这个项目并对我充满信任，也感谢他们坚定不移地致力于创造一个可持续发展的社会。我也感谢 的全体员工，从始至终对本书进行了指导；和 为本书进行了出色的设计和编排工作；感谢我的文字编辑 ，他帮助我使本书变得更好。我也要感谢我团队中的一位新成员 博士，他是一位生物学教授，帮我为本书做了插图。与他一起工作总是一件很愉快的事情，这也是本书一个成功的很有价值的一部分。当然，我也要感谢我的家人。首先，感谢我的妻子，在本书写作的最后阶段，她一直悉心照料我，直到我从非常严重的细菌性肺炎中康复，而且她还很专心地听我谈论风力发电机和风站点评估。同时，也要谢谢我的儿子们，他们的生活一直使我感到很荣耀。年 月于科罗拉多州 埃弗格林目录译者的话前言第 章 小型风电系统简介 世界风能资源 风能利弊 风能的缺点 风能的优点 本书的目的 本书的结构第 章 风和风能 风 海陆风 山谷风 风带 科里奥利效应 暴风 摩擦、湍流和明智选址 风能中的数学 空气密度 扫掠面积 风速 小结第 章 风电系统风 之 能 源 风电系统的组成 风力发电机 塔架 风电系统的类型 并网系统 并网系统的优缺点 备有蓄电池的并网系统 备有蓄电池的并网系统的优缺点 独立系统 独立系统的优缺点 混合系统 风电系统的选择第 章 风站点评估 电力需求评估 评估现有建筑物的电力需求 评估新建筑物的电力需求 节能和效率优先 风能资源评估 直接测量 机场或气象局数据 州风力图 网上数据库 植被变形和其他因素 风力发电机的发电量 风电系统的经济效益 发电成本比较 计算投资回报率 现值法和净现值：贴现费用比较 综合分析第 章 风力发电机入门目 录 风力发电机的结构 水平轴风力发电机 小型风力发电机的改进 风力发电机的主要构件 叶片 材料 双叶片和三叶片的选择 发电机 风力发电机采购注意事项 扫掠面积 年发电量 耐久性：最大设计风速和塔架顶部重量 成本 调节系统 停止机构 噪声等级 其他因素 切入风速 峰值输出 功率曲线 额定功率 最后的因素 自制风力发电机 小结第 章 塔架及其安装 塔架类型 独立式塔架 固定拉索式塔架 斜倾式塔架 无拉索斜倾式塔架 自制塔架风 之 能 源 塔架套件 塔锚和塔基 塔基 塔锚 安全第一 塔架选址 风力发电机适当选址 影响塔架高度的因素 高塔架经济学：打破“小型风力发电机低塔架”的神话 航空安全和联邦航空局 防雷保护第 章 蓄电池 蓄电池的最佳类型 铅酸蓄电池的工作原理 任何铅酸蓄电池都能应用吗 为什么车用蓄电池不能应用于可再生能源系统 叉车、高尔夫球车或者船用蓄电池能用于可再生能源系统吗 旧蓄电池可以用于可再生能源系统吗 密封式蓄电池 蓄电池组的接线 估计蓄电池组的容量 蓄电池的存储容量：与 蓄电池的维护和安全 保暖 通风 蓄电池箱 严禁小孩入内 避免深度放电，以延长蓄电池的寿命 蓄电池的加水和清洁 均衡目 录 减少蓄电池的维护 蓄电池的保养第 章 逆变器 基于蓄电池的独立系统逆变器 变换 提高电压 方波、改进的方波和正弦波交流电 基于蓄电池的逆变器还能做什么 无蓄电池的并网逆变器 多功能逆变器 逆变器的购买 逆变器的类型 系统电压 改进的方波与正弦波 输出功率、浪涌能力和效率 逆变器的冷却 蓄电池充电器 噪声和其他考虑因素 组合功能 小结第 章 风电系统的维护 基本要求 可攀爬的塔架 斜倾式塔架 终检 小结第 章 最后考虑的问题：分区、许可证、协定、电力公司、保险和购买系统 分区、建筑许可证和限制使用财产协定风 之 能 源 地区环境保护条例 建筑和电气许可证 协定和邻居的忧虑 美学 并网：与当地电力公司合作 联系电力公司 完成细节 培养一种富有成效的关系 保险要求 财产损失投保 责任保险 风电系统的购买 结语小型风电系统简介第章1早在几个世纪以前，人类就从风中获取能源。在蒸汽动力船出现之前，腓尼基人和欧洲人等就借助风来驱动大型帆船航行于许多地图上未标明的地域。很快船舶便成为原材料以及各种商品来往于欧洲的重要运输工具。我们的先辈们也利用风来协助生产食品以及各类产品。例如，年前欧洲的风车可以将谷物磨成面粉来哺育欧洲人民。荷兰人利用风从沿海的湿地中抽水，最终将这些湿地转变为可以耕种的良田。在北美洲，风能的利用有着悠久的历史，它