Question

18．风能是我国未来开发、利用的重要能源之一．我省第一个风力发电项目在三门峡投产发电．该电站安装单机容量为1.5×10³kW风力发电机组20台，年平均发电量可达4.5×10⁷kW•h．
（1）风力发电的原理是电磁感应现象，风力发电过程是将机械能转化成了电能；
（2）在建造过程中，吊车要将一台2.52×10³kg的风机吊上塔筒，如图所示．若动滑轮的机械效率为90%，则钢绳受到的拉力多少？（g取10N/kg）
（3）风力发电机的效率约在10%左右，则该电站一年约利用了多少焦的风能？若用燃烧煤炭来获得这些风能，需完全燃烧标准煤多少吨？（标准煤的热值为3.0×10⁷J/kg）；
（4）风力发电有很多优点，请你写出其中一条：可再生、清洁、无污染．

Answer 1

分析 （1）发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，即时将机械能转化为电能的过程；
（2）由图可知，滑轮组绳子的有效股数，根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{mgh}{Fnh}$×100%=$\frac{mg}{nF}$×100%求出钢绳的拉力，即为钢绳受到的拉力；
（3）知道该电站年平均发电量，根据效率公式求出该电站一年利用的风能，根据Q_放=mq求出这些风能相当于多少标准煤完全燃烧释放的热量；
（4）风能的优点可以从环保和节能等方面进行考虑．

解答 解：（1）风力发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，风力发电过程是将机械能转化成了电能；
（2）由图可知，n=2，
由η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{Gh}{Fs}$×100%=$\frac{mgh}{Fnh}$×100%=$\frac{mg}{nF}$×100%可得，钢绳的拉力：
F=$\frac{mg}{nη}$=$\frac{2.52×1{0}^{3}kg×10N/kg}{2×90%}$=1.4×10⁴N；
（3）该电站年平均发电量：
W=4.5×10⁷kW•h=4.5×10⁷×3.6×10⁶J=1.62×10¹⁴J，
由η=$\frac{W}{E}$×100%可得，该电站一年利用的风能：
E=$\frac{W}{η′}$=$\frac{1.62×1{0}^{14}J}{10%}$=1.62×10¹⁵J，
由题意可知，标准煤完全燃烧释放的热量：
Q_放=E=1.62×10¹⁵J，
由Q_放=mq可得，所需标准煤质量：
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）风力发电的优点有很多，如清洁、污染少、环保、取之不尽、节约资源等．
答：（1）电磁感应现象；机械能；
（2）钢绳受到的拉力为1.4×10⁴N；
（3）该电站一年约利用了1.62×10¹⁵J的风能；需完全燃烧标准煤5.4×10⁴t；
（4）可再生、清洁、无污染．

点评 本题以风力发电为背景考查了发动机的原理、能量的转化、滑轮组效率效率、效率公式、热量公式Q_放=mq的应用以及风能的优点，综合性强，有一定的难度．