Question

（08年北京卷）（18分）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）利用總電阻的線路向外輸送風力發電機產生的電能。輸送功率，輸電電壓，求異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p，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

解析：

（1）導線上損失的功率為P=I²R=(

 

     損失的功率與輸送功率的比值

 （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pvS，S=r²

風能的最大功率可表示為

  P_風=

 

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。

（3）按題意，風力發電機的輸出功率為

 

P₂=kW=160 kW

 

最小年發電量約為W=P₂t=160×5000 kW?h=8×10⁵kW?h