风能利用

一、风力提水。风力提水从古至今一直得到较普遍的应用。

二、风力发电。利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到各国的高度重视，而且发展速度最快。风力发电通常有三种运行方式：

（1）是独立运行方式，通常是一台小型发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；

（2）是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；

（3）是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力。常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

三、风帆助航。在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航速，古老的风帆助航了得到了发展。

四、风力制热。随着人民生活水平的提高，家庭用能中热能的需要越来越大，特别是在高纬度的欧洲、北美取暖，煮水是耗能大户。为了解决家庭及低品位工业热能的需要，风力制热有了较大的发展。

风能发电还分为水平轴和垂直轴两种，应用的主要是水平轴，但随着科技的发展，人们认识到水平轴带来的一些不利因素，如噪音、体积大、机构复杂和抗风能力差等，世界各国开始大力研发垂直轴风力发电机，中国在这方面最早开始研究，2001年上海模斯电子设备有限公司根据部队指示，开发一款新型风力发电机，经过技术论证后，最终采用新型（H型）垂直轴风力发电机的方案。2002年底产品进入使用，得到了理想的效果。另外，欧洲和日本也在2003年开始研制垂直轴风力发电机，在市场需求的驱动下，各国都表现出了极大的热情。

从现有的资料上来看，中小型风力发电机今后发展的主要方向还是垂直轴为主！

风能(wind energy)是一种清洁，安全，可再生的绿色能源， 利用风能对环境无污染，对生态无破坏，环保效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点。国家对可再生能源的利用,特别是风能开发利用给予了高度重视。

据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦， 中国的风能总量约16亿千瓦。风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。 中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300瓦/平方米（W/平方米）以上，3～20米/秒风速年累计超过6000小时 。内陆风能资源最好的区域 ，沿内蒙古至 新疆一带，风能密度也在200 ～300W/平方米，3 ～ 20米/秒风速年累计5000 ～ 6000小时。这些地区适于发展风力发电和风力提水。新疆达坂城风力发电站1992年已装机5500千瓦，是中国最大的风力电站。

人类利用风能的历史可以追溯到公元前。我国是世界上最早利用风能的国家之一。公元前数世纪我国人民就利用风力提水、灌溉、磨面、舂米，用风帆推动船舶前进。埃及尼罗河上的风帆船、中国的木帆船，都有两三千年的历史记载。唐代有"乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海"诗句，可见那时风帆船已广泛用于江河航运。到了宋代更是我国应用风车的全盛时代，当时流行的垂直轴风车，一直沿用至今。

在国外，公元前2世纪，古波斯人就利用垂直轴风车碾米。10世纪伊斯兰人用风车提水，11世纪风车在中东已获得广泛的 应用。13世纪风车传至欧洲，14世纪已成为欧洲不可缺少的原动机。在荷兰风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水，其风车的功率可达50马力，以后又用于榨油和锯木。到了十八世纪二十年代，在北美洲风力机被用来灌溉田地和驱动发电机发电。 从1920年起，人门开始研究利用风力机作大规模发电。1931年，在苏联的Crimean Balaclava 建造了一座100KW容量的风力发电机，这是最早商业化的风力发电机。

海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风力发电技术成为研究和应用的热点。多兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。随着风力发电的发展，陆地上的风机总数已经趋于饱和，海上风力发电场将成为未来发展的重点。海上发电是国际风力发电产业发展的新领域，是“方向中的方向”。

中国海上风能资源储量远大于陆地风能，储量10m高度可利用的风能资源超过7亿kW，而且距离电力负荷中心很近。上海已开始海上风力发电项目的建设，到2010年，上海的风力发电总装机容量将达到200-300兆瓦。为达到这一目标，中国第一座长距离跨海大桥东海大桥两侧将建成中国内地首个海上风力发电场。

海上风力发电在未来30年内将会得到大力发展，中国计划在距离海岸大约30英里的地方大规模建造水上风力发电站，这些发电站可能建在巨大的浮体上，也可能深入水下120英尺建在大陆架上。鉴于海面上风力通常比地面上大，因此海上风力发电更具有发展前景。未来20年内海上风力发电量将能够达到750亿瓦，几乎达到中国所有发电站装机容量的70%。

本书介绍了农村环保节能新技术，主要包括太阳能利用技术、水能利用技术、风能利用技术、生物能源利用与转化技术、秸秆转化利用技术、农村废旧物品回收利用技术、农村污水综合治理技术等。

前言

第1章 寒冷气候条件下风能利用

1.1 世界寒冷气候条件下风能资源

1.1.1 世界风力发电发展现状

1.1.2 世界寒冷气候条件下风能利用

1.2 我国寒冷气候条件风能资源

1.2.1 我国风力发电发展现状

1.2.2 我国寒冷气候条件风能资源利用

1.3 风力机结冰

1.3.1 结冰基本概念

1.3.2 结冰过程

1.3.3 结冰等级

1.3.4 影响风力机结冰的因素

第2章 风力机叶片结冰模型分析及计算

2.1 风力机结冰模型

2.1.1 结冰理论模型

2.1.2 结冰经验模型

2.1.3 除冰模型

2.2 结冰理论

2.2.1 基本概念

2.2.2 空气流场计算

2.2.3 水滴撞击特性

2.2.4 积冰热力学模型

2.3 典型风力机准三维结冰数值模拟算例

2.3.1 风力机结冰计算外形

2.3.2 影响因素对风力机结冰分布影响

第3章 风力机结冰与防除冰试验

3.1 风力机结冰与防除冰试验概述

3.2 冰风洞试验

3.2.1 冰风洞概述

3.2.2 冰风洞参数测量

3.2.3 冰风洞结冰试验

3.2.4 叶片结冰相似准则

第4章 结冰对风力机性能影响计算研究

4.1 二维结冰翼型气动性能变化

4.1.1 结冰计算方法

4.1.2 二维翼型气动特性

4.1.3 结冰对翼型气动特性影响

4.2 结冰风力机气动性能分析与载荷计算

4.2.1 叶素一动量理论气动特性计算方法

4.2.2 结冰风力机载荷计算

4.2.3 结冰对叶片结构影响

4.2.4 GHBladed计算软件

4.3 流固耦合在结冰对风力机性能影响中的应用

4.3.1 流固耦合理论

4.3.2 流固耦合模拟方法

第5章 风力机结冰探测与预报技术

5.1 风力机结冰探测系统简介

5.2 常用结冰传感器简介

5.3 典型结冰传感器

5.3.1 光纤法结冰传感器

5.3.2 红外摄像法结冰传感器

5.3.3 压电谐振法结冰传感器

5.3.4 磁致伸缩谐振法结冰传感器

5.3.5 电容及电阻式结冰传感器

5.4 结冰探测系统

5.4.1 结冰探测器设计方法

5.4.2 结冰探测器举例

5.4.3 探测器外形优化

5.4.4 结冰探测器专利与产品介绍

第6章 风力机叶片防除冰技术

6.1 风力机叶片防除冰简介

6.2 典型防除冰方法

6.2.1 被动法

6.2.2 主动法

6.2.3 防除冰典型方法专利介绍

第7章 垂直轴风力机结冰研究

7.1 垂直轴风力机工作原理

7.1.1 垂直轴风力机简介

7.1.2 垂直轴风力机与水平轴风力机的性能对比

7.1.3 直线翼垂直轴风力机

7.1.4 直线翼垂直轴风力机工作原理

7.2 垂直轴风力机叶片静态结冰特性

7.2.1 研究方法

7.2.2 静态叶片零度攻角长时间结冰特性研究

7.2.3 静态叶片不同攻角结冰特性试验研究

7.3 垂直轴风力机动态结冰特性

7.3.1 冰风洞试验研究

7.3.2 结冰数值模拟计算研究

参考文献

前言

第1章绪论

1.1风能利用与风力发电

1.1.1风能利用史

1.1.2风力发电的意义

1.2世界风力发电发展概况

1.2.1世界风力发电的发展

1.2.2世界风力发电的现状

1.3中国风力发电发展概况

1.3.1中国的风能资源

1.3.2中国风力发电的发展

1.3.3中国发力发电的现状

1.3.4中国风力发电的发展展望

1.4风力发电技术发展趋势

1.4.1风力发电迅猛发展的驱动力

1.4.2风力发电技术未来发展趋势

第2章风能资源

2.1风能资源的形成

2.1.1大气环流

2.1.2季风环流

2.1.3局地环流

2.2测风

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