海上風力發電技術

<本書特色>

能源科技永續發展系列叢書

<本書簡介>

本書分為9章，全面介紹了海上風力發電技術。

第1章主要分析海上風能的特點、歐洲及中國海上風力發電發展現狀。通過分析海上風能特點和探討歐洲海上風電開發的歷史和經驗，剖析中國海上風力發電的現狀，對中國的海上風力發電提出了新的對策。

第2章主要介紹海上風電開發的優勢和海上風電開發面臨的制約因素。重點分析開發海上風電需要解決的重大課題，介紹鹽霧腐蝕、颱風、撞擊對海上風力機的影響，突出海上風電場建設、運行和維護的艱巨性。第3章是在綜合海上風力機運行環境的基礎上，針對海上風電開發的制約因素，從海上風力機技術路線選擇、風力機基礎多樣化設計、風力機防腐密封設計、風力機基礎防撞擊設計四方面介紹海上風力機的設計方法。第4章主要分析颱風的破壞機理及相應的海上風力機抗颱風設計手段，提出的解決方案將對中國海上風力機的設計思路產生重要影響。

第5章主要分析海上風力機優化設計的方法和設計流程。

第6章主要介紹海上風力機的可靠性設計，從機械部件裕度設計、緊固連接件防松防銹、電氣系統冗餘設計、電氣元件降額設計、電控櫃體設計、發電機冷卻方式、變流器可靠性增強設計等方面進行了詳細介紹。

第7章主要講述海上風力機的維護方法和可維護性設計思想，提出可維護性風力機結構設計方法、專用維護工裝設計及大部件維修工藝流程。

第8章主要分析海上風力機標準和海上風力機的認證。對於風力機標準，橫向比較了風力機的各種標準，分析海上和陸上風力機設計標準的差異性。關於認證，詳細介紹了型式認證和專案認證的相關內容。

第9章講述了對未來海上風電開發與風力機製造技術發展的展望。在本書的編寫過程中，得到了三一電氣公司整體專案部領導的大力支持，提出了寶貴的修改意見和建議，在此表示感謝。張建海、趙德釗、王興、葉凡等同事也參與了部分編寫工作。

<總校閱簡介>

馬振基教授
現任：國立清華大學化工系講座教授
學歷：國立成功大學化工學士（1969）
　　　美國北卡羅萊納州立大學化工碩士（1975）
　　　美國北卡羅萊納州立大學化工博士（1978）
經歷：美國孟山都公司（Monsanto Co.）資深工程師（1977~1979）
　　　美國洛式公司（Lord Corp.）資深研究員（1979~1980）
　　　美國飛利浦石油公司（Phillips Petroleum Co.）高級材料工程師（1980~1984）
　　　國科會及國立清華大學化工所客座專家（1984~1986）
　　　經濟部科技顧問室及技術處顧問（1990~1998）
　　　國科會工程中心專利研究員（1991~2006）
　　　國科會科技權益委員會委員（1995~2006）
　　　國立清華大學研發處副研發長（2000~2002）
　　　教育部科技顧問室顧問及領域召集人（2001~2006）
　　　財團法人自強工業科學基金會執行長（2003~2006）
　　　國立清華大學講座教授(2009~迄今)
獲獎紀錄：1992年榮獲「第一屆國家傑出發明獎」
　　　　　1993年榮獲「行政院傑出應用與人才科技獎」
　　　　　1994年獲頒國防科技研究獎
　　　　　1995年獲頒全國工業減廢個人獎
　　　　　1996年獲頒國科會傑出研究獎
　　　　　1997年獲頒教育部產學合作獎
　　　　　1999年列為Who’s Who in the World（16th edition）Marquis, U.S.A.
　　　　　2004年Outstanding Achievement Award, International Society of Plastics　Engineers, U.S.A.
　　　　　2005年獲 總統頒「教育百人團」獎
　　　　　2006年獲中國工程師學會「傑出工程教授獎」
　　　　　2006年獲「經濟部奈米科技菁英獎」
　　　　　2006年獲「清華大學清華講座特聘教授」
　　　　　2008年榮獲經濟部第二屆「大學產業貢獻獎－產業深耕獎」
　　　　　2008年榮獲「東元科技獎」
　　　　　2008 年榮獲清華大學第三屆「傑出產學合作獎」
　　　　　2009 年榮獲中華民國高分子學會「傑出高分子應用獎」
　　　　　2009 年榮獲「教育部學術獎」
　　　　　2009 年獲聘「清華大學清華講座教授」
　　　　　2011 年獲聘中華民國材料學會學士
　　　　　2011 年榮獲「國際發明加終身成就獎」
　　　　　2011 年榮獲「國際傑出發明家名人堂」
專利：獲中、美、英、日、德、澳、加等國發明專利100餘件
著作：國際期刊論文250餘篇、國際會議論文140餘篇
專書：複合材料、奈米及能源相關書籍15冊

<本書目次>

第 1 章 海上風資源與海上風力發電發展現狀
1.1 海上風能與風電開發
1.1.1 海上風能的特點
1.1.2 海上風力發電機組的發展現狀
1.1.3 海上風力發電機組應具備的特點
1.2 歐洲海上風力發電發展現狀
1.2.1 歐洲海上風電技術的發展回顧
1.2.2 歐洲目前和近期開發的海上專案
1.2.3 歐洲開發海上風電的潛力
1.2.4 歐洲發展海上風電的經驗
1.3 中國海上風力發電發展現狀
1.3.1 中國發展海上風電的自然環境
1.3.2 中國風電場的發展現狀
1.3.3 中國海上風電發展面臨的問題
1.3.4 中國發展海上風電的對策

第 2 章 海上風電開發的優劣勢分析
2.1 海上風電場建設
2.1.1 海上風電場選址原則
2.1.2 海上風電場的配置
2.1.3 海上風電場的成本
2.2 海上風電開發的優勢
2.2.1 高質量的海上風資源
2.2.2 更多可以借鑒的經驗
2.3 海上風電開發面臨的制約因素
2.3.1 鹽霧腐蝕對風力機的影響
2.3.2 颱風的影響
2.3.3 海浪的載荷
2.3.4 撞擊的風險
2.3.5 海上風電場建設的困難
2.3.6 運行與維護

第 3 章 海上風力機區別於陸上風力機的特殊性
3.1 海上風力機技術路線選擇
3.1.1 風力機故障分析
3.1.2 主要的技術路線
3.2 風力機基礎多樣化設計
3.2.1 基礎設計條件要求
3.2.2 常見的基礎形式
3.2.3 幾種基礎方案比較
3.2.4 基礎設計流程
3.3 基礎的施工
3.3.1 重力式基礎施工
3.3.2 單樁式基礎施工
3.3.3 三腳架式基礎施工
3.3.4 導管架式基礎施工
3.3.5 群樁基礎施工
3.4 風力機防腐密封設計
3.4.1 主要的防腐蝕措施
3.4.2 海上風力機防腐措施
3.4.3 海上風力機密封措施
3.4.4 密封圈性能比較
3.5 風力機基礎防撞擊設計

第四章 海上風力機防颱風加強設計與應對策略
4.1 颱風破壞的分析
4.1.1 颱風的形成
4.1.2 颱風的分佈規律
4.1.3 台風浪的形成和傳播
4.1.4 颱風的主要特點及其對海上風力機的影響
4.1.5 颱風破壞的原因分析
4.1.6 颱風影響等級劃分三維座標體系
4.1.7 抗颱風加強設計總體思路
4.2 傳動鏈增強設計
4.3 機艙罩的加強設計
4.3.1 加強機艙罩連接部位
4.3.2 艙內設置鋼板加強筋
4.4 風速風向儀選取
4.4.1 災難性氣候對風電機組的破壞
4.4.2 測風儀的分類及特點
4.4.3 風力機風向儀的故障原因及設計原則
4.5 測風儀應急預案
4.6 颱風期間控制策略
4.7 質量阻尼器減振設計
4.7.1 阻尼器的分類
4.7.2 結構上使用阻尼器的特點
4.7.3 阻尼器的安置形式
4.7.4 海上風力機使用阻尼器的作用

第五章 海上風力機發電能力優化設計
5.1 風力機轉速的優化
5.1.1 控制過程概述
5.1.2 控制目標
5.1.3 控制策略分析
5.2 優化模型因數分析
5.3 優化設計流程

第六章 海上風力機可靠性設計
6.1 機械部件裕度設計
6.2 緊固連接件防松防銹
6.2.1 緊固連接件總體設計原則
6.2.2 緊固連接件鬆動的原因
6.2.3 防松設計基本原則
6.2.4 防松措施
6.2.5 防銹
6.3 電氣系統冗餘設計
6.4 電氣元件降額設計
6.5 電控櫃體設計
6.5.1 變槳系統運行環境及影響
6.5.2 變槳櫃設計原則及措施
6.5.3 海上環境對控制系統的影響
6.5.4 主控櫃設計原則及措施
6.6 發電機冷卻方式
6.6.1 冷卻系統的結構和組成
6.6.2 冷卻系統的防護
6.6.3 兩種方式維護及運行對比
6.7 變流器可靠性增強設計
6.7.1 環境要求
6.7.2 可靠性影響因素
6.7.3 可靠度分配
6.7.4 可靠性增強措施

第七章 海上風力機的維護與可維護性設計
7.1 海上風力機的維護
7.1.1 安全
7.1.2 葉片的維修保養
7.1.3 輪轂的維修保養
7.1.4 變槳軸承的維修保養
7.1.5 變槳電機的維修保養
7.1.6 變槳減速機與變槳小齒輪的維修保養
7.1.7 變槳控制櫃的維修保養
7.1.8 主軸及主軸承的維修保養
7.1.9 增速箱的維修保養
7.1.10 高速軸剎車的維修保養
7.1.11 高速軸聯軸器的維修保養
7.1.12 發電機的維修保養
7.1.13 機艙底架的維修保養
7.1.14 偏航系統的維修保養
7.1.15 塔筒的維修保養
7.1.16 機艙罩與導流罩的維修保養
7.1.17 機組的非正常狀態處理及重定方法
7.1.18 廢品處理
7.2 可維護的風力機結構設計
7.2.1 拆卸中存在的主要問題
7.2.2 可維護性結構設計準則
7.2.3 可維護性結構設計流程
7.2.4 結構設計
7.3 大部件維護專用吊裝設備
7.4 維修用工裝設計
7.5 大部件維修工藝流程

第八章 海上風力機標準及認證
8.1 海上風力機各種標準的對比
8.1.1 IEC 61400-3
8.1.2 GL海上風電指南
8.1.3 丹麥建議書
8.1.4 DNV-OS-J101
8.1.5 IEC WT01
8.1.6 GL指南和IEC標準對風力機載荷的對比
8.2 海上風力機標準與陸上風力機標準的比較
8.2.1 陸上風力機標準
8.2.2 海上風力機標準
8.3 海上風力機認證
8.3.1 型式認證
8.3.2 專案認證

第九章 海上風電開發與風力機製造技術發展趨勢
9.1 海上風電場建設與風電開發利用的發展趨勢
9.2 海上風力機製造技術展望
9.2.1 機組功率趨向大型化
9.2.2 碳纖維葉片
9.2.3 高翼尖速度
9.2.4 高壓直流（HVDC）技術和機組無功功率輸出可控技術
9.2.5 單位掃掠面積的成本曲線降低
9.2.6 智慧電網

參考文獻
索引