Question

18．風能是我國未來開發、利用的重要能源之一．我省第一個風力發電項目在三門峽投產發電．該電站安裝單機容量為1.5×10³kW風力發電機組20臺，年平均發電量可達4.5×10⁷kW•h．
（1）風力發電的原理是電磁感應現象，風力發電過程是將機械能轉化成了電能；
（2）在建造過程中，吊車要將一臺2.52×10³kg的風機吊上塔筒，如圖所示．若動滑輪的機械效率為90%，則鋼繩受到的拉力多少？（g取10N/kg）
（3）風力發電機的效率約在10%左右，則該電站一年約利用了多少焦的風能？若用燃燒煤炭來獲得這些風能，需完全燃燒標準煤多少噸？（標準煤的熱值為3.0×10⁷J/kg）；
（4）風力發電有很多優點，請你寫出其中一條：可再生、清潔、無污染．

Answer 1

分析 （1）發電機是利用電磁感應現象的原理制成的，即時將機械能轉化為電能的過程；
（2）由圖可知，滑輪組繩子的有效股數，根據η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{mgh}{Fnh}$×100%=$\frac{mg}{nF}$×100%求出鋼繩的拉力，即為鋼繩受到的拉力；
（3）知道該電站年平均發電量，根據效率公式求出該電站一年利用的風能，根據Q_放=mq求出這些風能相當于多少標準煤完全燃燒釋放的熱量；
（4）風能的優點可以從環保和節能等方面進行考慮．

解答 解：（1）風力發電機是利用電磁感應現象的原理制成的，風力發電過程是將機械能轉化成了電能；
（2）由圖可知，n=2，
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{mgh}{Fnh}$×100%=$\frac{mg}{nF}$×100%可得，鋼繩的拉力：
F=$\frac{mg}{nη}$=$\frac{2.52×1{0}^{3}kg×10N/kg}{2×90%}$=1.4×10⁴N；
（3）該電站年平均發電量：
W=4.5×10⁷kW•h=4.5×10⁷×3.6×10⁶J=1.62×10¹⁴J，
由η=$\frac{W}{E}$×100%可得，該電站一年利用的風能：
E=$\frac{W}{η′}$=$\frac{1.62×1{0}^{14}J}{10%}$=1.62×10¹⁵J，
由題意可知，標準煤完全燃燒釋放的熱量：
Q_放=E=1.62×10¹⁵J，
由Q_放=mq可得，所需標準煤質量：
m′=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.62×1{0}^{15}J}{3.0×1{0}^{7}J/kg}$=5.4×10⁷kg=5.4×10⁴t；
（4）風力發電的優點有很多，如清潔、污染少、環保、取之不盡、節約資源等．
答：（1）電磁感應現象；機械能；
（2）鋼繩受到的拉力為1.4×10⁴N；
（3）該電站一年約利用了1.62×10¹⁵J的風能；需完全燃燒標準煤5.4×10⁴t；
（4）可再生、清潔、無污染．

點評 本題以風力發電為背景考查了發動機的原理、能量的轉化、滑輪組效率效率、效率公式、熱量公式Q_放=mq的應用以及風能的優點，綜合性強，有一定的難度．