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（氣流的功能）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）利用總電阻R＝10Ω的線路向外輸送風力發電機產生的電能。輸送功率P₀＝300kW，輸電電壓U＝10kV，求導線上損失的功率與輸送功率的比值；

（2）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。

（3）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）0.03

（2）

（3）8×10⁵kW·h

解析:

（1）導線上損失的功率為：

，

所以，損失的功率與輸送功率的比值為：

。

（2）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：。

風能的最大功率可表示為：

。

要提高單位時間內接受的風能，應采取的合理措施有：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。

（3）按題意，風力發電機的輸出功率為：

最小年發電量約為：W＝P₂t＝160×5000 kW·h＝8×10⁵kW·h。