Question

風能將成為21世紀大規模開發的一種可再生清潔能源。風力發電機是將風能（氣流的動能，動能表達式）轉化為電能的裝置，其主要部件包括風輪機、齒輪箱，發電機等。如圖所示。

（1）風輪機葉片旋轉所掃過的面積為風力發電機可接受風能的面積。設空氣密度為ρ，氣流速度為v，風輪機葉片長度為r。求單位時間內流向風輪機的最大風能P_m；在風速和葉片數確定的情況下，要提高風輪機單位時間接受的風能，簡述可采取的措施。

（2）已知風力發電機的輸出電功率P與P_m成正比。某風力發電機的風速v₁=9m/s時能夠輸出電功率P₁=540kW。我國某地區風速不低于v₂=6m/s的時間每年約為5000小時，試估算這臺風力發電機在該地區的最小年發電量是多少千瓦時。

Answer 1

（1）風垂直流向風輪機時，提供的風能功率最大。單位時間內垂直流向葉片旋轉面積的氣體質量為ρvS,，S=πr² （2分）

單位時間內的最大風能可表示為（2分）

采取措施合理：如增加風輪機葉片長度，安裝調向裝置保持風輪機正面迎風等。（2分，答對一條即可）

（2）按題意，風力發電機的輸出功率為（1分）

最小年發電量約為W=P₂t=160×5000 kW·h=8×10⁵kW·h （1分）