《风能理论与技术》教学大纲
风力发电技术基础 教学大纲
风力发电技术基础一、课程说明课程编号：100311Z10课程名称：风力发电技术基础/Fundamentals of Wind Power Technology课程类别：专业教育课程学时/学分：32/2先修课程：工程流体力学、能源系统控制技术适用专业：新能源科学与工程教材: 王亚荣，耿春景等. 风力发电技术[M].中国电力出版社，2012.教材、教学参考书：1.田德. 风能转换原理技术与工程[M]. 待出版2.徐大平. 风力发电原理[M]. 机械工业出版社，2011.3.叶杭冶. 风力发电机组的控制技术[M]. 机械工业出版社，2015.4.黄守道. 直驱永磁风力发电机设计及并网控制[M]. 电子工业出版社，2014.二、课程设置的目的意义风力发电技术基础课程是为新能源科学与工程专业设立的拓展知识体系的专业课，课程的设置目的是让学生通过学习风力发电技术基础这门清洁能源与可再生能源学科的课程，了解风的特性及我国的风能资源分布特点，将风能资源评估、风电厂选址、建设与运行维护联系起来，构建风力发电技术的知识体系，建立风能资源等清洁能源与可再生能源的利用意识，结合本专业的要求，既关注太阳能等清洁能源与可再生能源发展，也关注风能资源开发利用的技术与应用趋势，有利于创新性的开发风能发电的技术与设备，扩展专业领域，为全面从事新能源科学与工程的研究开发工作奠定基础。
三、课程的基本要求知识：掌握风力机的发展史，世界风能发展状况，风的特性及我国的风能资源分布特点，风能资源评估，风力机的基本组成，水平轴并网型风力机的基本工作原理，风电场项目规划与选址，风力机的选型、运输与安装，风电场与电力系统的关系，风能系统的经济评价方式，风能系统的成本构成，以及世界可再生能源状况、全球和中国的可再生能源政策。
能力：风力发电指利用风力发电机组直接将风能转化为电能的发电方式，是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最为成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，对减少温室效应，保持生态平衡，改善电力结构将起到重要作用。
风电技术培训课程大纲
第四部分
主题：风资源与风电场建设
5~9在风电场进行
1.风电场的运行方式
2.风电场运行管理
3.风电场运行管理的计算机模拟仿真
4.理论部分结业考试
5.风电机组的维护
6.故障实例分析
7.风电场的安全生产
8.风电场现场的主要工作内容
9.输变电设备及线路的运行与检修
风电技术培训课程大纲
部分
培训内容
第一部分
主题：风力发电机组的机械结构介绍
1.风力发电历史、国内外发展现状
2.世界风电设备制造商情况
3.风力发电基本理论
4.各种风电机组结构类型介绍
5.偏航系统
6.变距系统结构
7.刹车系统
8.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轮箱结构介绍
9.塔筒的结构及维护
10.液压系统工作原理介绍及维护
11.叶片设计及叶片翼型
12.在线振动检测与分析方法介绍
13.机组常见的故障
第二部分
主题：控制系统理论、控制器及电气设备
1.发电机的工作原理
2.变流器工作原理及相关技术
3.电气控制系统（PLC）
4.机组控制与安全系统的技术要求
5.各种机型控制系统结构原理与组成
6.机组运行控制介绍（软启、偏航、并网、解缆等）
7.外围传感器类型介绍
8.防雷器件的选择与维护和测量
9.控制与安全系统的常见故障
10.案例研究（Vestas和Mita控制系统介绍）
第三部分
1.机组的吊装及运输
2.机组装配过程描述
3.功率特性测试技术
4.电能质量测试技术
5.机组远程监控SCADA
6.系统介绍风力发电实验室实地教学
风能利用原理与技术课程教学大纲
风能利用原理与技术课程教学大纲
课程基本信息（Course Information）
课程代码 （Course Code）
*课程名称 （Course Name）
PO334
*学时
（Credit Hours）
48
风能利用原理与技术
Wind Energy Technology and Implementation
风能利用原理与技术是涉及到风资源利用的多种形式，通过课程 教学，提高学生对风资源的认识，普及相关空气动力学知识，培养学 生分析和利用风能的能力，要求掌握基本实验技能和数值计算能力， 为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供基础。不但 注重基本理论，又尽力体现该领域的前沿技术，同时将作者在科研与 教学中的若干成果有机融入其中，以期能够对学生有所启发。
This course will cover the content as following: Energy source, nature of wind resource, history and development of wind turbine, aerodynamics of wind turbine, load and structure of wind turbine, design of wind turbine, wind turbine control system. Students will complete two experimental measurements. This course will try to lead student to design new implemental type of wind energy.
风能教学设计方案
一、教学目标1. 知识目标：（1）了解风能的基本概念、原理和类型；（2）掌握风能的转换原理和风能发电的基本流程；（3）了解风能发电设备的组成和功能。
2. 能力目标：（1）培养学生观察、分析、解决问题的能力；（2）提高学生的动手实践能力，通过实验和操作掌握风能发电技术；（3）培养学生的团队合作精神和创新意识。
3. 情感目标：（1）激发学生对可再生能源的兴趣，树立环保意识；（2）培养学生对科学技术的热爱，树立科学精神；（3）培养学生对国家能源发展战略的认识和责任感。
二、教学内容1. 风能的基本概念和原理；2. 风能的类型和分布；3. 风能发电的基本流程；4. 风能发电设备的组成和功能；5. 风能发电的优缺点及发展趋势。
三、教学方法1. 讲授法：通过教师讲解，使学生掌握风能的基本概念、原理和类型；2. 案例分析法：通过分析国内外风能发电的成功案例，让学生了解风能发电的应用和发展；3. 实验教学法：通过风能发电实验，让学生亲身体验风能发电的过程，掌握风能发电技术；4. 小组讨论法：让学生在小组内讨论风能发电的相关问题，培养团队合作精神；5. 角色扮演法：通过模拟风能发电项目的实施过程，让学生体验项目管理的重要性。
四、教学过程1. 导入新课：通过播放风能发电的相关视频，激发学生的兴趣，引入课题；2. 讲授风能的基本概念、原理和类型；3. 分析风能的类型和分布，讲解风能发电的基本流程；4. 介绍风能发电设备的组成和功能，通过实验演示风能发电过程；5. 学生分组讨论风能发电的相关问题，分享讨论成果；6. 角色扮演：模拟风能发电项目实施过程，让学生体验项目管理；7. 总结课程内容，布置课后作业。
五、教学评价1. 课堂表现：观察学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的积极性；2. 实验操作：评价学生在实验过程中的动手能力、实验结果的准确性；3. 小组讨论：评价学生在小组讨论中的合作精神、问题分析和解决能力；4. 课后作业：评价学生对课程内容的掌握程度，以及对风能发电的思考。
《风能与风力发电技术》教学大纲
风能与风力发电技术课程教学大纲（总学时数：48，学分数：3）一、课程的性质、目的和任务风能和风力发电技术是新能源科学与工程专业重要的专业必修课程。
课程主要介绍有关风力发电的基本知识和技术，通俗地分析了风的形成、风的分类和风能定量评估，详细阐述了风轮机的基本工作原理、工程设计方法和风轮机优化设计；对风轮机的结构、空气动力特性、安全运行、风力机发电系统及风轮机的材料等进行了说明和分析。
此外对风电场优化分析、风资源对性能的影响等也做了介绍。
通过本课程的学习使得学生掌握从事风能和风力发电所必须的基础知识与理论及应用技能。
二、课程基本内容和要求（一）现代风能及其起源1.基本内容（1）风（2）风能（3）风电场选址2. 教学要求了解风能应用现状。
（二）风特性及风资源1.基本内容（1）风资源一般特性（2）大气边界层（3）风特性（4）世界风能资源评估数据（5）风资源测量技术与仪器（6）风资源研究领域的几个前沿性课题介绍2. 教学要求了解风资源一般特性，掌握风特性分析。
（三）风力机电气部分1.基本内容（1）功率调节（2）变转速运行（3）发电机变转速／恒频技术（4）风轮机迎风技术（5）风电品质（6）风力机结构和空气动力学2. 教学要求了解风力发电基本概念，掌握功率变流器。
（四）风力机材料和部件1.基本内容（1）材料疲劳概念（2）风力机材料（3）机械零件（4）风力机主要部件2. 教学要求了解材料疲劳概念，掌握风力机主要部件。
（五）风力机设计和测试1.基本内容（1）风电场数值模型（2）风轮机设计软件（3）风电场数值计算软件包（4）风力机设计软件包的开发2. 教学要求了解风电场数值计算软件包，掌握风电场数值模型、风轮机设计软件。
（六）风力发电机组控制1.基本内容（1）概述（2）典型并网型风电机组的运行（3）监测控制（4）动态控制理论2. 教学要求了解风力发电机组控制。
（七）风力机的选址、系统设计与集成1.基本内容（1）风力机选址（2）安装与运行问题（3）风场（4）电网中的风力机与风场2. 教学要求了解风力机选址，掌握风力机安装与运行问题。
《风力发电机及能量转换》课程教学大纲(本科)
《风力发电机及能量转换》课程教学大纲课程编号：081155111课程名称：风力发电机及能量转换英文名称：Wind Turbines and Energy Conversion课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：40-2.5（讲课学时：40）适用专业：新能源科学与工程一、课程性质与任务风力发电机及能量转换是新能源科学与工程专业的专业课。
本课程的主要教学目的是使学生系统地掌握风力发电机及相关的控制策略。
具体内容包括风力发电机的基本知识；异步发电机、同步发电机的结构、工作原理及变速恒频技术；双馈异步发电机发电系统的工作原理、及励磁系统；应用永磁同步发电机组成的直驱式风力发电机结构及特点等。
通过本课程的学习，使学生具备风力发电机及控制的基本知识，能够从事工程设计和具有从事科学研究的基本技能。
二、课程与其他课程的联系本课程是对电机学、电力电子技术、电气控制及PLC技术以及自动控制原理等专业基础课的综合应用和延伸。
三、课程教学目标通过本课程学习，使学生了解风力发电机的基本知识。
（支撑毕业能力要求1.2，2.1）1.理解风力发电系统变速恒频的基本知识。
（支撑毕业能力要求1.1，2.1）2.掌握异步发电机、同步发电机的结构和基本原理。
（支撑毕业能力要求1.1，2.1）3.掌握风力发电机控制的基本方法以及基本控制原理。
（支撑毕业能力要求2.1，2.2）4.掌握双馈异步发电机发电控制系统及励磁电源。
（支撑毕业能力要求3.1，4.1）5.掌握永磁同步发电机发电系统的工作原理。
（支撑毕业能力要求3.1，4.1）6.了解风力发电机组的前沿和新发展动向。
（支撑毕业能力要求2.3，6.1，6.2）四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）无六、教学方法教学方式主要是讲授，注重介绍该研究领域的最新动态，鼓励并指导学生查阅科技期刊，写读书笔记等。
注重学生综合素质和能力培养，在自学能力方面，主要鼓励并布置学生查阅与本课程相关的科技期刊，写出所查文章的缩写。
《风能技术与应用》教学大纲
《风能技术与应用》课程教学大纲一、教学目标本课程是新能源科学与工程专业学生的专业方向选修课程。
通过本课程的学习，使学生能了解风的形成分类及风能利用现状，理解可再生资源开发的重要性，理解风力发电机基本工作原理，掌握风力发电设备设计及相关计算，熟悉风能在可持续发展领域的应用状况、研发成果，培养学生分析和利用风能的能力，培养学生的工程设计能力，提高学生对风能资源的认识，为学生从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供基础。
该课程的先修课程是《大学物理》《工程力学》，本课程是为《新能源技术》《风力发电基础》等后续课程学习奠定基础。
分项教学目标如下（一）知识目标1.了解风力发电机基本工作原理；2.掌握风力发电设备设计及相关计算；3.掌握工程设计方法和优化分析。
（二）能力目标1.使学生具备分析和利用风能及设计风力发电机的能力；2.建立风能相关知识结构，为后面专业课程学习及相关技术工作打下基础。
（三）素质目标1.培养学生掌握可再生资源相关知识，了解新能源在可持续发展中的作用；2.培养学生发现问题解决问题的能力，提高科学素养与创新意识。
二、学时安排课程内容与学时分配表三、课程教学内容与基本要求第一章风与风能教学目标：通过本章的学习，使学生了解可再生能源的发展方向，了解风形成原理及风能应用现状。
主要知识点：1.风的形成及分类2.风能的利用现状3.风电场选址教学重点：风能利用现状教学难点：风电场的选址教学方式方法：课堂讲授、案例教学、启发式教学第二章风能发电教学目标：通过本章的学习，使学生能够了解风能发电的原理，理解风力机运行模式，掌握风力发电设备优化分析和并网风力发电的价值分析。
主要知识点：1.风力机的类型2.风能发电3.风力发电设备优化分析4.大中型风电场设计5.风力机安全运行教学重点：风力发电设备优化分析教学难点：并网风力发电的价值分析教学方式方法：课堂讲授、案例教学、课堂讨论第三章风力发电技术教学目标：通过本章的学习，使学生能够了解风力发电技术的影响因素，理解发电机的功率调节等技术，掌握空气动力学的计算，并将其应用到风力机的优化设计中。
《风力机设计理论及方法》教学大纲
《风力机设计理论及方法》教学大纲
Design Theory and Methods for Wind Turbines
撰写人：杨从新审核人：李德顺
一、大纲说明
本大纲根据新能源科学与工程专业2013年培养计划制订。
课程编号：304502
学时学分：4
先修课程：风力发电原理、风力机调节原理
适合专业：新能源科学与工程
开课学院：能源与动力工程学院
二、课程性质和任务
课程为新能源科学与工程专业学生的专业必修课，使学生了解风力机设计理论及方法的相关内容，掌握不同形式风力机零部件及整机设计的基本理论和方法，为将来从事风力发电相关领域的工作奠定基础。
三、主要教学内容
1、概述；
2、水平轴风力机风轮及叶片的气动设计；
3、水平轴风力机风轮及叶片的结构设计与校核；
4、水平轴风力机发电机的设计及选取原则；
5、水平轴风力机传动部件的设计及选择；
6、水平轴风力机塔筒的设计与计算；
7、水平轴风力机控制部分的设计；
8、垂直轴风力机的设计理论和方法。
四、教学基本要求
掌握不同形式风力机零部件及整机的特点；着重掌握水平轴风力机主要零部件的气动设计和结构设计方法；了解不同形式风力机零部件及整机设计的基本理论和方法；等等。
五、参考学时分配：
六、教材及参考书
1.赵丹平，徐宝清主编，《风力机设计理论及方法》，北京大学出版社
2.「法」D. 勒古力雷斯著，施鹏飞译，《风力机的理论与设计》，机械工业出版社
七、考核方式
闭卷。
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《风能理论与技术》教学大纲
课程编号：
课程中文名称：风能理论与技术
课程英文名称：Theory and Technology of Wind Energy
开课学期：7
学分/学时：1.5／24
先修课程：大学物理、流体力学、工程热力学
开课对象：本科生
责任人名单：杜刚、陈江
一、课程的性质、目的和任务：
《风能理论与技术》是能源与动力工程学院的专业基础课，目的是为能源与动力工程学院的学生系统地讲授风能技术的基础理论和工程技术知识，为我国风能产业的发展培养科研和工程技术人才而设置。
风能利用是一个系统工程，风能技术是一门新兴的多学科、交叉型边缘科学，它涉及到流体力学、固体力学、机械工程、电气工程、材料科学、环境科学等多种学科和专业。
课程以水平轴风力机为研究解剖对象，以风力机设计中涉及的空气动力学和结构动力学为理论基础,核心内容包括风力机空气动力学、风力机特性、风力机载荷、风力机气动设计、风力机结构及材料、风力机试验等内容，课程还包括风资源及其评估、风电场规划、风电场电气系统等外围知识的介绍，通过本课程学习，引导学生将所学的相关理论知识和方法应用到风力机实际设计中去，使学生能够系统地掌握风力机的基础理论和工程技术知识，提高工程应用的能力。
课程教学以课堂讲解为主，结合课间讨论及课后作业等教学形式，使学生牢固掌握风能技术的基础理论和工程技术知识，为以后工作进行风能领域的相关科学研究和工程技术工作工作打下坚实基础。
二、课程内容、基本要求及学时分配
第一章风能概述（1学时）
内容：风能技术的发展历程；现代风力机技术；本课程概要。
要求：了解世界风能技术发展历史和现状，中国的风能利用状况，现代风力机技术的概况和风力机叶片设计的概要。
第二章风资源（1学时）
内容：风能资源；复杂地形对风特性的影响；风湍流；风电场风能资源分析与评估方法。
要求：了解风能资源的成因，风能的测量与评估，地理因素对风资源的影响，时间因素对风资源的影响；了解和掌握风资源中湍流的概念、定性和定量描述方法、对风能利用的影响；了解和掌握风速的描述和预测方法，风电场风能资源分析与评估方法。
第三章风力机空气动力学基础（4学时）
内容：空气动力学简介；空气流动属性和静力学；理想气体流动；不可压粘性气体流动。
要求：了解空气动力学发展史、分类及研究方法；掌握大气特性、气体的压缩性、粘性概念；掌握作用在气体上力的描述方法；掌握理想气体运动的描述方法；掌握欧拉方程；掌握势函数与流函数概念，掌握基本平面无旋流动及其叠加；掌握不可压粘性气体流动中的层流和湍流概念，了解附面层理论和附面层分离现象。
第四章风力机翼型空气动力学（4学时）
内容：翼型几何定义和气动参数；翼型分类与性能特征；翼型基本技术要求；翼型气动特性与几何特性的关系；风力机翼型设计。
要求：掌握翼型几何定义和气动参数；掌握翼型分类与性能特征，着重学习风力机翼型的性能特点；掌握风力机翼型基本技术要求；掌握翼型气动特性与几何特性的关系；掌握风力机翼型设计理论和方法。
第五章风电机组气动设计及性能计算（4学时）
内容：风电机组设计技术参数；风电机组气动设计方法；风电机组设计案例；风电机组尾流对性能的影响。
要求：了解和掌握风电机组设计技术参数的选择，风力机叶片型式的选择和特点；掌握风力机叶片翼型的选择与布置，掌握动量叶素理论，掌握风轮性能计算方法，了解叶片优化设计方法；了解3MW变速变距叶片外形设计过程；了解风电机组尾流对性能的影响。
第六章风力发电机组载荷（2学时）
内容：风力发电机组设计载荷；风力发电机组载荷计算；风力发电机组载荷测量；风力发电机组载荷评估；
要求：了解风力发电机组各零部件和整体的载荷分类和特点；了解风力发电机组设计载荷的依据和标准；掌握气动、重力和惯性载荷的计算方法；了解载荷计算的不确定性；了解风力机发电机组载荷测量标准、状态和参数。
第七章风力机空气动力试验（2学时）
内容：试验空气动力学基础；风力机翼型试验；风力机风洞试验；。
要求：掌握相似原理与量纲分析方法；了解风洞和风场试验的基本内容；了解风力机翼型的试验设备、试验模型、数据测量和流动显示；了解风力机风洞试验中的试验设备、试验模型、风轮气动特性试验、风力机组工作特性试验和流动显示试验；了解风力机风场试验中的设备、场地、样机；了解风力机外场的气动特性、机组性能、气动载荷和气动噪声试验。
第八章风力机气动弹性力学（2学时）
内容：结构动力学概述；风力机结构动力学基本概念；风力机系统结构动力学；风力机结构
动力学的工程解法。
要求：了解结构动力学计算的目的和特点，动载荷种类，体系的动力自由度和振动时能量的耗散与阻尼，建立振动方程的方法；掌握风力机结构动力学基本概念，了解作用在风力机上的载荷情况，了解气弹载荷计算方法；了解风力机叶片、塔架、传动系统及风轮塔架整体的结构动力学分析方法；了解风力机结构动力学分析中的能量法、集中质量法、迭代法和子空间迭代法，了解有限单元法。
第九章计算流体力学在风力机中的应用（2学时）
内容：CFD基本概念；外形与网格生成；计算设置和流场求解；计算结果显示；计算结果可信性分析；CFD在风力机中的应用。
要求：了解CFD的基本概念与内容；了解模型外形的几何定义与数值计算网格生成方法；了解建立流动计算模型中的边界条件、流动参数、求解格式的选择与求解过程；了解计算结果的后处理与结果显示；了解CFD结果的置信度分析方法和流程；了解CFD在风力机中的应用。
第十章风力机叶片的结构设计（2学时）
内容：风力机叶片结构设计概述；风力机叶片结构材料；风力机叶片成型工艺；风力机叶片结构的性能验证。
要求：了解风力机叶片结构设计的原则、条件和设计步骤；了解风力叶片结构材料的特点、类型和选择方法；了解风力机叶片成型工艺的流程和特点；了解风力机叶片结构的性能验证方法与过程。
第十一章风力机优化设计方法（2学时）
内容：Glauert优化方法；现代气动设计方法与实践；系统设计与多学科；气动与结构的解耦；气动工程师与系统工程。
要求：了解Glauert优化方法的原理、流程与算法；了解现代气动设计理论与优化方法；了解系统设计与多学科设计的概念；了解气动与结构解耦设计的流程与方法；了解风力机设计中气动工程师在系统工程中的作用。
三、教学方式及安排
教学方法以课堂教学为主，以专题讨论和自学部分内容为辅。
四、考核方式
平时作业及考勤占40%,期末考试占60%。
五、参考教材
[1] [美] Tony Burton等，《风能技术》，科学出版社，2007年。
[2] [美] 纳尔逊（Nelson, V.），《风能：可再生能源与环境》，人民邮电出版社，2010年。
[3] [日] 牛山泉，《风能技术》，科学出版社，2009。
[4] [丹麦] 汉森，《风力机空气动力学》，中国电力出版社，2009。
六、开课教师
杜刚，讲师，能源与动力工程学院发动机数值仿真研究中心
陈江，研究员，能源与动力工程学院发动机数值仿真研究中心
大纲制定：杜刚
大纲校核：陈江
大纲审核：
大纲批准：
二〇一三年三月十日。