海上风力发电技术

    风能是可再生能源重要的组成部分，积极开发利用风电对于改善能源系统结构、保护生态环境具有深远意义。由于海上风电市场规模极大且风险极高，对设备的设计、安装、维护等高难度技术的掌握程度代表了当今风电技术的开发水平。
    在过去的10年中，海上风力发电机组在安装和运营方面积累了很多经验，但仍然存在着需要解决的技术难题，以达到所需的海上安装能力。与陆基风能相比，海上风电的高成本一直是困扰运营商的问题，海上风电机组基础结构设计和电网并网连接仍然是制约产业化的技术瓶颈，海上风电规划和建设过程需要更多的时间和精力。另一个技术挑战是资源管理，即在前期制造或气候窗口期，如何高效合理安排需要安装的零部件到货及海上安装维护。目前,海上风力发电的投资成本大约在2500美元/（MW·h），是陆上风力发电行业的两倍。在海上风力发电机运行期间，由于只能通过船只或直升机运输，所以维护费用比在陆地上要高，这种限制要求海上风力发电机的状态监测系统具有更高的可靠性。同时将现有的陆基风力发电机海洋化也会产生问题，如发动机舱内腐蚀加剧等问题。
    风力发电是世界上发展快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等。由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场，当前欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕。我国东部沿海水深50m以内的海域辽阔，而且距离电力负荷中心（沿海经济发达电力紧缺区）很近，随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展能源的重要来源。因此，利用风电来改变能源结构并改善环境，不失为能源开发领域中重要的策略之一。目前，我国风电技术的开发利用取得了巨大进步，风电开发和利用技术已位居世界前列。
    本书是由王世明教授、曹宇博士根据国内外院校和科研机构的成果进行归纳编写而成，田卡工程师、李淼淼研究生完成了资料收集及数据整理工作。同时感谢李泽宇、于涛、骆锐东、龚芳芳、刘安东、王家之、葛玲、冯凯亮、刘汇、方会凌、刘宇、丁成林、兰高丰、潘健等研究生为本书的编写工作提供的帮助。同时在出版过程中得到了上海科学技术出版社的大力支持，值此表示由衷的感谢！
    由于笔者水平有限、时间仓促，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。
    作  者

    本书共分为10章：第1章根据调研资料阐述了海上风力发电技术的国内外发展现状和优势前景；第2章介绍了海上风机系统构成（海上风机结构形式(叶片(风机舱(支撑结构(控制器、控制保护系统及电力电子系统等）；第3章从设计方面归纳了海上风机基础支撑结构常用设计技术；第4章给出了海上风机叶轮发电系统的设计技术；第5章介绍了海上风机基础的防腐保护技术；第6章介绍了海上风电分布式微电网技术；第7章通过工程实例介绍了海上风电场的安装和维护技术；第8章介绍了海上风电场资源评估及选址技术；第9章通过分析台风易发地区风电机组遭遇台风的主要问题，论述了海上风电机组防台风技术与控制措施；第10章基于多年来国内外院校和科研机构的研究成果对海上风电技术的未来进行了展望。
    本书主要面向船舶与海洋工程(机械自动化及海洋科学专业的学生和科研人员，以及从事可再生能源利用产业的专业人士和技术人员。

    王世明，博士后，教授，博士生导师。主要研究方向：车辆和海洋工程的先进设计制造及智能控制。曾在一拖集团公司担任高级工程师，在西安交通大学担任机电研究所副所长、教授、硕士生导师。现为上海海洋大学工程学院院长、渔业节能研究所所长、海洋工程研究所所长。主持过多项省部级重大攻关课题，获得省部级奖一项，其它奖6项; 获得国家专利17项，发明专利2项；在国内外核心期刊上以作者名义发表科研论文50余篇，其中多篇被三大检索系统检索。中国机械工程学会高级会员, 上海市农业机械学会副理事长，中国水产学会渔业装备技术专业委员会委员，徐汇区科协液压气动学会理事, 船舶工程理事。并担任多家国内核心期刊的特约审稿人。

1  绪论
1.1      海上风力发电概况
1.2海上风力发电技术国内外现状
  1.2.1国外发展现状
  1.2.2我国发展现状
1.3海上风电的发展优势及前景
1.4海上风力发电技术面临的挑战
2  海上风机系统
2.1海上风机系统的构成
2.2风机
  2.2.1叶片
  2.2.2风机舱
2.3海上支撑结构
  2.3.1塔筒
  2.3.2下部支撑结构
2.4控制器
2.5控制和保护系统
2.6电力电子系统
3  海上风机基础支撑结构设计技术
3.1海上风电场风机基础选型技术
  3.1.1海上风机基础支撑结构形式
  3.1.2各种基础形式的比较
3.2固定基础支撑结构分类与特点
3.3海上风电基础支撑结构设计准则
  3.3.1基础支撑结构形式
  3.3.2基础支撑钢结构设计
  3.3.3桩基础设计
  3.3.4桩的轴向承载力
4  风机叶轮发电系统设计技术
4.1风机叶片的基本理论
  4.1.1叶片设计的动力学理论
  4.1.2风机的获能特性系数估算公式
4.2风机叶片材料选型与加工工艺
  4.2.1材料选型
  4.2.2材料选型技术的发展
  4.2.3风机叶片的加工工艺
4.3风机主传动发电系统设计技术
  4.3.1系统组成与工作原理
  4.3.2系统布置形式
  4.3.3系统主要部件设计技术
4.4液压变桨距控制系统设计技术
  4.4.1液压变桨距控制系统介绍
  4.4.2变桨距风力发电机组的运行状态设计
  4.4.3液压控制变桨系统设计
5  海上风机基础防腐保护技术
5.1海上风电机组基础的腐蚀发生机理
  5.1.1海上风机结构腐蚀特点
  5.1.2海上风机基础腐蚀分区
5.2海上风电机组基础的腐蚀类型及影响因素
  5.2.1钢结构基础
  5.2.2混凝土结构基础
5.3海上风电机组基础的防腐措施
  5.3.1钢结构基础的防腐措施
  5.3.2混凝土结构基础的防腐措施
6  海上风电分布式微电网技术
6.1分布式微电网技术
  6.1.1微电网概述
  6.1.2微电网系统结构组成
6.2海上风电微电网的建设规划技术
6.3海上风电场电力系统模型架构
6.4海上风电场并网接入方案及技术要求
  6.4.1海上风电场并网接入
  6.4.2并网接入方案优化
  6.4.3海上风电场并网技术要求
6.5海上风电并网经济调度技术
  6.5.1静态经济调度
  6.5.2动态经济调度
  6.5.3安全约束经济调度
6.6典型微电网技术实例
  6.6.1江苏大丰智能微电网建设规划
  6.6.2广东珠海桂山海上风电场示范项目
7  海上风电场的安装和维护技术
7.1海上风电场安装与维护技术发展现状
  7.1.1国外发展现状
  7.1.2我国发展现状
7.2海上风电机组的安装技术
  7.2.1整体安装技术
  7.2.2分体安装技术
7.3典型的风电机组安装船
  7.3.1非自航自升式平台
  7.3.2自升自航式平台
  7.3.3带定位桩腿的自航船
  7.3.4海上风电机组安装船特点
7.4海上风电机组的维护技术
7.5海上风电场的运维安全性分析技术
  7.5.1海上风电机组基础的分类
  7.5.2主要部件的共振分析
  7.5.3恶劣环境分析
  7.5.4海上作业安全的影响分析
  7.5.5风电机组的防火技术分析
8  海上风电场资源评估及选址技术
8.1海上风电资源评估
  8.1.1风能资源评估技术
  8.1.2国外海上风电场资源评估
  8.1.3我国近海风电场资源评估
8.2海上风电场选址技术
  8.2.1场址勘测技术
  8.2.2选址准则及方法
  8.2.3选址案例
9  海上风电机组防台风技术与控制措施
9.1台风对海上风电机组的危害
  9.1.1台风易发地区风电机组遭遇台风的主要问题
  9.1.2台风对海上风电机组结构的破坏机理与影响
9.2海上风电机组防台风措施
  9.2.1海上风电机组防控设计
  9.2.2海上风电机组抗台风控制策略
10  海上风电技术展望
10.1海上风电技术发展预期
10.2我国海上风电技术发展分析
  10.2.1已有相关鼓励政策
  10.2.2面临的问题与机遇
参考文献

    本书共分为10章：第1章根据调研资料阐述了海上风力发电技术的国内外发展现状和优势前景；第2章介绍了海上风机系统构成（海上风机结构形式(叶片(风机舱(支撑结构(控制器、控制保护系统及电力电子系统等）；第3章从设计方面归纳了海上风机基础支撑结构常用设计技术；第4章给出了海上风机叶轮发电系统的设计技术；第5章介绍了海上风机基础的防腐保护技术；第6章介绍了海上风电分布式微电网技术；第7章通过工程实例介绍了海上风电场的安装和维护技术；第8章介绍了海上风电场资源评估及选址技术；第9章通过分析台风易发地区风电机组遭遇台风的主要问题，论述了海上风电机组防台风技术与控制措施；第10章基于多年来国内外院校和科研机构的研究成果对海上风电技术的未来进行了展望。
    本书主要面向船舶与海洋工程(机械自动化及海洋科学专业的学生和科研人员，以及从事可再生能源利用产业的专业人士和技术人员。

    王世明，博士后，教授，博士生导师。主要研究方向：车辆和海洋工程的先进设计制造及智能控制。曾在一拖集团公司担任高级工程师，在西安交通大学担任机电研究所副所长、教授、硕士生导师。现为上海海洋大学工程学院院长、渔业节能研究所所长、海洋工程研究所所长。主持过多项省部级重大攻关课题，获得省部级奖一项，其它奖6项; 获得国家专利17项，发明专利2项；在国内外核心期刊上以作者名义发表科研论文50余篇，其中多篇被三大检索系统检索。中国机械工程学会高级会员, 上海市农业机械学会副理事长，中国水产学会渔业装备技术专业委员会委员，徐汇区科协液压气动学会理事, 船舶工程理事。并担任多家国内核心期刊的特约审稿人。