本書介紹離岸發電的工程、製造、維修以及氣候等知識，為參考西歐地區的發展應用狀況。
目前大部分大尺度風機的數據及經驗都來自於陸域風場，而海上結構物的設計、安裝和操作經驗則源自於海上的石油及天然氣工業，海洋風能的知識主要來自於航海。
本書分章節邀請英國、丹麥、意大利、中國、德國、荷蘭、西班牙等相關科技領域的專家所共同撰寫，中文版由國立台灣大學工程科學及海洋工程系所翻譯編輯，林輝政教授主審。
發展離岸風力發電對於沿海國家來說，是產生電力的主要發展趨勢。本書由「地中海和歐洲海域的離岸風能及其他可再生能源COWEMES國際會議」（Offshore Wind and other Marine Renewable Energy in Mediterranean Seas）的參與者共同編寫完成。
歐洲將會保持離岸風場安裝經驗的主導地位，大部分跟風機相關的製造業都在歐洲進行。由於歐洲很早就開始發展離岸風電，所以目前歐洲國家掌握了大部分離岸風電的重要技術。
離岸風能的利用將是人類歷史上一個主要的新發展，也是第一次大規模的工程結構安裝在海上。這些自動運轉的動態機器，期望它們能以97%以上的可用率運轉至少20年，這是非常艱鉅的挑戰。
本書內容包括離岸風力發電的現況與展望，從基本原理開始介紹，書中大量圖片、圖表與表格，輔以詳盡文字解釋，每章末附有參考文獻，另有專業詞彙表與索引對照，方便讀者查詢。
本繁體中文翻譯版由台灣專業領域學者專家與現場專家共同完成，力求符合最新風力發電資訊現況。
具体描述
跨越浪潮：全球能源转型的驱动力与未来蓝图 绪论：能源革命的新篇章 在人类社会迈向可持续发展的大道上，能源结构的转型无疑是当前最紧迫且最具决定性的议题之一。化石燃料的局限性及其对环境的深远影响，促使各国政府、科研机构及能源企业将目光投向那些取之不尽、用之不竭的自然资源。在诸多可再生能源选项中，风能以其成熟的技术和日益降低的成本，正成为全球能源版图中的重要支柱。然而，陆上风电的资源潜力与环境友好性已逐渐触及瓶颈，迫使我们必须将目光投向更为广阔、能量密度更高的领域——海洋。 本书将系统性地探讨在这一宏大背景下，全球范围内新兴的海上风力发电技术、产业发展、政策驱动力及其未来挑战与机遇。我们深入剖析的，并非特指某一特定区域或特定技术路径，而是旨在构建一个关于“海洋能源如何重塑全球电力系统”的综合性知识框架。 第一部分：海洋风能的物理基础与资源禀赋 理解海上风电，首先需要掌握其独特的物理环境。与陆地相比，海洋表面的风能资源具有更高的平均风速、更稳定的风向，以及更少的地形障碍。 1. 海洋气象学与风能评估： 本部分详细阐述了海洋边界层的气流特性。我们研究了不同水域深度对风速垂直分布的影响，并引入了先进的数值天气预报模型（NWP）在海上风场资源精细化评估中的应用。特别是对于复杂海况下的湍流强度和阵风效应的量化分析，是确保风机安全和发电效率的关键。我们还对比了不同海域（如浅水区、深水区）的年平均风能密度差异，明确了不同地域发展海上风电的潜力基线。 2. 海洋工程环境载荷的复杂性： 海上风机不仅要承受风载荷，还必须抵抗来自波浪、洋流和冰载荷（在高纬度地区）的综合作用。本书深入分析了结构工程学在海洋环境中的特殊考量，包括极端海况下的疲劳载荷累积、腐蚀防护策略的优化，以及对海洋生态系统影响的最小化设计原则。这不仅是技术问题，更是跨学科工程整合的体现。 第二部分：海上风电技术路径的演进与比较 海上风电并非单一技术，而是根据水深、地质条件和经济性需求，发展出多样的技术路线。 1. 基础固定式平台技术（浅水区）： 针对水深通常小于 50 米的区域，固定式基础结构是主流。本书详尽对比了单桩式（Monopile）、导管架式（Jacket）和重力式基础（GBS）的优缺点。重点讨论了大型化单桩基础在应对日益增大的机组功率（如 15MW 级别以上）时所面临的动力响应和安装工艺挑战。同时，也探讨了如“足板式”（Tripod）等改进型基础在特定地质条件下的适应性。 2. 漂浮式基础技术（深水区）： 随着沿海浅水区域的开发饱和，全球超过 80% 的风能资源位于深水区，这使得漂浮式海上风电（Floating Offshore Wind, FOW）成为下一代技术的核心。我们聚焦于三大主流浮式平台类型：半潜式（Semi-submersible）、张力腿式（Tension Leg Platform, TLP）和单柱浮筒式（Spar Buoy）。分析涵盖了其在水动力学稳定性、系泊系统设计（Mooring System）、动态电缆敷设以及整体系统成本控制方面的最新突破和工程实践案例。 3. 风电机组的特化设计： 海上环境对风机叶片、齿轮箱和电气系统的要求远高于陆上机组。书中探讨了专为海上环境优化的超长叶片空气动力学设计、更高的防盐雾和防腐蚀等级，以及对维护便利性（可达性）的考量。特别关注了无齿轮箱直驱式（Direct Drive）技术在降低维护需求方面的优势与挑战。 第三部分：电网接入与系统集成挑战 海上风电场的发电能力巨大，但其远离负荷中心，如何高效、可靠地将电力输送至陆上电网，是决定项目经济性的关键瓶颈之一。 1. 海洋输电技术： 本书细致对比了高压交流输电（HVAC）和高压直流输电（HVDC）在海上电网连接中的适用性。HVDC 在远距离、大容量输电方面的优势被重点分析，并讨论了集中式变电站（Offshore Substation）的设计、安装和运行模式。对于漂浮式风电的集成，动态电缆（Dynamic Cable）的设计和寿命评估是技术难题，相关前沿研究被详细介绍。 2. 电网的稳定性和柔性： 大规模海上风电并网对现有陆上电网的惯量和暂态稳定提出了严峻考验。我们分析了如何通过先进的电力电子控制策略（如虚拟同步发电机技术 VSM）来提升风电场的并网点刚性，确保电网的频率和电压稳定。此外，储能技术（特别是大规模电池储能）在平抑风电间歇性、提高系统韧性方面的作用被纳入系统级分析。 第四部分：产业生态、政策驱动与经济性评估 海上风电的成功依赖于成熟的供应链、强有力的政策支持和清晰的经济模型。 1. 全球产业格局与供应链重塑： 本书描绘了当前全球海上风电产业的主要参与者、技术转移的趋势，以及区域集群效应的形成。从叶片制造、基础结构建造到专业安装船舶的运营，整个价值链的优化是降低 LCOE（度电成本）的核心。特别是对专用深水安装船（Heavy-lift Vessels）的需求增长，以及港口基础设施升级的必要性进行了深入探讨。 2. 政策工具箱与市场机制： 回顾了各国政府为促进海上风电发展所采取的有效政策工具，包括差价合约（CfD）、优先上网权、招标机制设计等。分析了不同政策机制下，项目开发商的风险分配和投资回报率的差异。一个关键的议题是，如何设计出能够有效激励 FOW 技术从示范走向商业化规模部署的激励框架。 3. 成本下降的驱动力与生命周期评估： 通过对 LCOE 构成要素的分解，本书识别出当前成本的主要瓶颈（如基础制造成本、运营维护 O&M 成本）。我们预测了随着技术成熟、供应链规模化和安装效率的提高，海上风电成本将如何进一步下降。同时，基于全生命周期的视角，评估了海上风电在碳排放和资源消耗方面的环境足迹，并提出了退役与回收处理的前瞻性方案。 结语：通往零碳未来的深海之路 海上风电不仅是一种发电技术，更是一种重塑区域经济、保障能源安全的战略选择。本书的结论是：技术的持续创新（尤其是漂浮式技术）和跨国界的政策协作，是解锁海洋巨大能源潜能的关键。未来，海上风电将与氢能、智能电网深度融合，共同构建一个更加清洁、安全和具有韧性的全球能源体系。对海洋的深入探索与负责任的开发，将是人类应对气候变化的最有力行动之一。
著者信息
作者簡介
約翰．泰威德爾（John Twidell）
學術顧問，可再生能源及生態作家，再生能源教授，曾任職於英國風能協會和英國太陽能協會委員會委員，物理學院委員會委員及英國議會能源特別委員會顧問。曾任牛津大學環境變化研究所和倫敦城市大學航空與工程學院訪問學者。發表再生和生態能源的論文上百篇，出版九本書。
葛塔諾．高迪（Gaetano Gaudiosi）
1959年畢業於尼泊爾大學海洋工程系，現為離岸和陸上風能及其他海洋可再生能源顧問。OWEMES地中海和歐洲南部海域組織主席。ATENA羅馬分會和ANIV委員。曾任ENEA風能計劃高級職員等，在核能和風能領域發表多篇論文。在意大利等國具有多年風能領域的教學工作，近期在ENEA – UNESCO進行離岸風能網上教學。
審定者：
國立台灣大學 工程科學及海洋工程系 林輝政 教授
國立台灣大學 工程科學及海洋工程系 江茂雄 教授
國立中正大學 電機工程系 吳元康 副教授
國立台灣大學 大氣科學系 林博雄 副教授
國立台灣大學 工程科學及海洋工程系 黃心豪 助理教授
台灣電力公司綜合研究所 蒯光陸 副所長
台灣電力公司綜合研究所 鄭錦榮 組長
譯者簡介
國立台灣大學工程科學及海洋工程系翻譯編輯群
林致豪、施顯章、李哲偉、蔡政修、李志中、楊適宇、連振傑、張睿倫、蔡易陞、趙紅嫣、林冠緯、林潔、林冠弘、林旻萱
約翰．泰威德爾（John Twidell）
學術顧問，可再生能源及生態作家，再生能源教授，曾任職於英國風能協會和英國太陽能協會委員會委員，物理學院委員會委員及英國議會能源特別委員會顧問。曾任牛津大學環境變化研究所和倫敦城市大學航空與工程學院訪問學者。發表再生和生態能源的論文上百篇，出版九本書。
葛塔諾．高迪（Gaetano Gaudiosi）
1959年畢業於尼泊爾大學海洋工程系，現為離岸和陸上風能及其他海洋可再生能源顧問。OWEMES地中海和歐洲南部海域組織主席。ATENA羅馬分會和ANIV委員。曾任ENEA風能計劃高級職員等，在核能和風能領域發表多篇論文。在意大利等國具有多年風能領域的教學工作，近期在ENEA – UNESCO進行離岸風能網上教學。
審定者：
國立台灣大學 工程科學及海洋工程系 林輝政 教授
國立台灣大學 工程科學及海洋工程系 江茂雄 教授
國立中正大學 電機工程系 吳元康 副教授
國立台灣大學 大氣科學系 林博雄 副教授
國立台灣大學 工程科學及海洋工程系 黃心豪 助理教授
台灣電力公司綜合研究所 蒯光陸 副所長
台灣電力公司綜合研究所 鄭錦榮 組長
譯者簡介
國立台灣大學工程科學及海洋工程系翻譯編輯群
林致豪、施顯章、李哲偉、蔡政修、李志中、楊適宇、連振傑、張睿倫、蔡易陞、趙紅嫣、林冠緯、林潔、林冠弘、林旻萱
图书目录
前言
第一章 離岸風力發電發展──現況與展望
第二章 風力發電機基本原理
第三章 地中海的風浪條件
第四章 離岸風能的氣象及氣候預測
第五章 風機之電機概念
第六章 風場電力連結
第七章 管理架構：併網整合和市場機制
第八章 離岸風機動態與疲勞
第九章 深海區之離岸風能
第十章 離岸風場之進出
第十一章 標準與驗證
第十二章 深水區的離岸風機基礎
第十三章 離岸風力發電機材料
詞彙表
索引
第一章 離岸風力發電發展──現況與展望
第二章 風力發電機基本原理
第三章 地中海的風浪條件
第四章 離岸風能的氣象及氣候預測
第五章 風機之電機概念
第六章 風場電力連結
第七章 管理架構：併網整合和市場機制
第八章 離岸風機動態與疲勞
第九章 深海區之離岸風能
第十章 離岸風場之進出
第十一章 標準與驗證
第十二章 深水區的離岸風機基礎
第十三章 離岸風力發電機材料
詞彙表
索引
图书试读
前言
雖然面臨許多挑戰及未知因素，但發展離岸風力發電對於沿海國家來說，是產生電力的主要發展趨勢。本書由“地中海和歐洲海域的離岸風能及其他可再生能源COWEMES國際會議”的參與者編寫（Offshore Wind and other Marine Renewable Energy in Mediterranean Seas, ）。本書介紹了有關工程、製造、維修以及氣候等方面知識，並介紹了在西歐地區的發展應用狀況，當然，用一本書來說明這些方面的知識是遠遠不夠的，我們也意識到很多內容並沒有收入在本書中，例如國際法律規範、金融、保險、對環境及生態影響及其他重要的議題等。
目前大部分大尺度風機的數據及經驗都來自於陸域風場，而海上結構物的設計、安裝和操作經驗源自於海上的石油及天然氣工業，海洋風能的知識主要來自於航海。雖然已有這些經驗，但是這些已知的知識及經驗對建設離岸風場來說是遠遠不夠的，所以目前有許多離岸風場的研究和開發工作正在進行中。
如圖1所示，歐洲將會保持離岸風場安裝經驗的主導地位，大部分跟風機相關的製造業都在歐洲進行。由於歐洲很早就開始發展離岸風電，所以目前歐洲國家掌握了大部分離岸風電的重要技術。
圖1 各大洲離岸風機裝機容量的比例及預測(2007~2020)(Global Offshore Wind Energy Market and Strategies 2008~2020，Emerging Energy Research, March 2008)
圖2 預計2007-2020年各年度歐洲各國海上風力機的裝機容量
離岸風能的利用將是人類歷史上一個主要的新發展，也是第一次大規模的工程結構安裝在海上。這些自動運轉的動態機器，期望它們能以97%以上的可用率運轉至少20年，這是非常艱鉅的挑戰。
本書的章節由相關科技領域的專家撰寫。我們的角色就是與這些作者一起將書中的章節連貫為一個整體，我們非常感謝他們的合作以及無私的努力。沒有這些傑出的作者，本書不可能出版，再一次感謝他們。
雖然面臨許多挑戰及未知因素，但發展離岸風力發電對於沿海國家來說，是產生電力的主要發展趨勢。本書由“地中海和歐洲海域的離岸風能及其他可再生能源COWEMES國際會議”的參與者編寫（Offshore Wind and other Marine Renewable Energy in Mediterranean Seas, ）。本書介紹了有關工程、製造、維修以及氣候等方面知識，並介紹了在西歐地區的發展應用狀況，當然，用一本書來說明這些方面的知識是遠遠不夠的，我們也意識到很多內容並沒有收入在本書中，例如國際法律規範、金融、保險、對環境及生態影響及其他重要的議題等。
目前大部分大尺度風機的數據及經驗都來自於陸域風場，而海上結構物的設計、安裝和操作經驗源自於海上的石油及天然氣工業，海洋風能的知識主要來自於航海。雖然已有這些經驗，但是這些已知的知識及經驗對建設離岸風場來說是遠遠不夠的，所以目前有許多離岸風場的研究和開發工作正在進行中。
如圖1所示，歐洲將會保持離岸風場安裝經驗的主導地位，大部分跟風機相關的製造業都在歐洲進行。由於歐洲很早就開始發展離岸風電，所以目前歐洲國家掌握了大部分離岸風電的重要技術。
圖1 各大洲離岸風機裝機容量的比例及預測(2007~2020)(Global Offshore Wind Energy Market and Strategies 2008~2020，Emerging Energy Research, March 2008)
圖2 預計2007-2020年各年度歐洲各國海上風力機的裝機容量
離岸風能的利用將是人類歷史上一個主要的新發展，也是第一次大規模的工程結構安裝在海上。這些自動運轉的動態機器，期望它們能以97%以上的可用率運轉至少20年，這是非常艱鉅的挑戰。
本書的章節由相關科技領域的專家撰寫。我們的角色就是與這些作者一起將書中的章節連貫為一個整體，我們非常感謝他們的合作以及無私的努力。沒有這些傑出的作者，本書不可能出版，再一次感謝他們。
By John Twidell and Gaetano Gaudiosi
用户评价
评分
这本书的修订版在信息更新上做得非常出色，这一点从它对最新法规和技术标准的引用就可以看出。我印象最深的是关于供应链韧性和关键材料本土化策略的探讨。在当前全球能源地缘政治日益紧张的背景下，如何确保大型关键部件，比如叶片和塔筒的稳定供应，成为了一个战略问题。作者没有回避这个敏感点，而是非常客观地分析了不同国家和地区的产业链布局，并尝试建立一个评估模型来衡量供应链中断的潜在冲击。这种宏观视角下的分析，超越了一般的工程技术书籍的范畴，开始触及到能源安全和国家竞争力的问题。虽然文字的密度依然偏高，需要时不时停下来查阅一些专业术语，但这种知识的厚重感，正是它区别于市面上那些浮于表面的介绍性读物的价值所在。它提供的是一个可以作为决策参考的知识框架。
评分这本书的语言风格非常克制和理性，几乎没有使用任何煽情或带有个人色彩的词汇，纯粹是基于数据和事实的陈述。这使得它在讲述那些关于环境影响和生态平衡的部分时，显得格外有力。比如，它对海鸟迁徙路径干扰、海洋哺乳动物声学污染的评估方法，描述得极为客观，既没有过度夸大环境风险，也没有轻描淡写地将其忽略。它将这些环境指标量化，并置于整个项目的成本效益分析之中，让读者明白，可持续发展并非一句空话，而是必须在工程预算和环境影响之间寻求一个动态的平衡点。我感觉作者在撰写这些部分时，是站在一个项目审批委员会的角度，力求呈现最全面的、不带偏见的论据，这对于需要做跨学科研究的人来说，无疑提供了极佳的参照样本。
评分说实话，我期待这本书能更多地探讨一些“软科学”层面的内容，比如它在区域经济发展中的角色定位，或者与渔业、航运业等现有海洋产业的冲突与融合路径。然而，读完大半，我发现它更像是一本专注于技术实现和工程规范的“硬核”手册。这并非缺点，恰恰相反，对于希望深入了解技术壁垒和可行性分析的读者来说，它无疑是一本宝藏。它详尽地梳理了从前期选址评估，到并网接入电网的全部技术流程，尤其是对于不同水深的平台技术——从固定式到漂浮式——的优劣势对比分析，简直是巨细靡遗。我特别欣赏作者对风险管理的关注，详细列举了在极端天气下可能出现的故障模式及相应的预案。那种近乎偏执的严谨，让读者在赞叹技术进步的同时，也对海洋环境的不可预测性保持了足够的敬畏。它更像是一份为未来十年内场址勘测人员准备的案头工具书，而不是一本面向大众普及的科普读物。
评分我不得不说，这本书的排版和图表质量是顶级的。作为一本技术密集型书籍，清晰的图示是理解复杂结构的生命线。这本书在这方面做得堪称典范，无论是剖视图、流程图还是数据对比表，都达到了出版界的一流水准。特别是对于漂浮式基础设计中那些复杂的系泊系统和动态载荷分析的示意图，即使我没有直接阅读文字，光是看图就能大致把握其核心的受力原理。这极大地提升了阅读效率。不过，也正因为其极高的专业门槛，它可能不太适合那些想在周末轻松阅读，只是想知道“离岸风电靠不靠谱”的普通读者。它更像是高等院校相关专业的教材，或是行业内资深人士进行技术复习和知识更新的参考书。它用一种近乎无声的、但极其坚实的方式，构建起了一座通往行业核心知识的知识桥梁，需要读者投入相当的精力和专注力去攀登。
评分这本书的封面设计着实吸引人，那片深邃的蓝色调配上简洁有力的白色字体，给人一种专业而又不失现代感的感觉。我本来是抱着一种“了解一下新事物”的心态翻开它的，毕竟“离岸风力发电”这个概念对我来说，更多地停留在新闻报道和宏大的政策口号层面，远不如陆上风电那么直观。但这本书一上手，就展现出了它扎实的学术功底。它的行文流畅，逻辑严密，作者似乎非常擅长将那些复杂的工程原理和环境影响分析，用一种相对易懂的方式串联起来。特别是关于基础结构设计的部分，简直是教科书级别的细致。我记得有一章专门讲了如何应对海洋环境中的腐蚀和疲劳问题，那段文字读下来，我仿佛身临其境地站在了工程师的角度去思考那些材料选择和维护周期，对于一个非专业背景的读者来说，能被引导到这个深度，是非常难得的阅读体验。它没有过多地陷入枯燥的数学推导，而是通过清晰的图示和案例分析，搭建起一个完整的知识体系，让我对这个新兴能源领域的复杂性有了更立体、更深刻的认识。
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