Question

3．风电是资源潜力巨大的新型能源，河南省风能资源丰富，是我国中部地区风电开发潜力较大的省份之一
（1）下表给出了在不同风速下某风力发电机组获得的能量：

风速/（m•s-1）	5	10	15	20
1s内获得的能量/104J	1	8	27	64

①分析表中数据可发现该风力发电机组1s内获得的能量与风速的定量关系是风机获得的能量与风速的三次方成正比（用文字表述）；
②当风速为15m/s时，该风力发电量达到70亿千瓦时（7×10⁹kW•h），与火力发电站相比，相当于每年节约多少吨煤？（煤完全燃烧，内能有30%转化为电能；煤的热值为3.0×10⁷J/kg）；
（2）当风速为15m/s时，该风力发电机的电功率为27kW，则该风力发电机组的发电效率是多少？
（3）请从环保角度说说使用风能的优点，至少答出一点．

Answer 1

分析 （1）该题第一问稍灵活一点，考查了学生对数据的规律总结分析能力，可先看看数据间是否存在正比关系；第二问利用燃料热值的相关公式计算即可．
（2）由表中数据找出风速为15m/s时发电机的输出电功率，然后由W=Pt求出1s产生的电能；已知1s获得的风能，由表中数据找出风速为15m/s时发电机的输出电功率，然后由W=Pt求出1s产生的电能，最后求出风力发电机组的发电效率．
（3）能源问题是当今社会热点问题，风能、太阳能都是新型的能源，具有无污染环保、可再生的特点．

解答 解：
（1）①由表格数据知，风速增大为原来的2倍，风能增大为原来的2³倍，风速增大为原来的3倍，风能增大为原来的3³倍…，所以风机获得的能量与风速的三次方成正比；
②W=7×10⁹kW•h=7×10⁹×3.6×10⁶=2.52×10¹⁶J；
Q_放=$\frac{W}{η}$=$\frac{2.52×1{0}^{16}J}{30%}$=8.4×10¹⁶J；
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{8.4×1{0}^{16}J}{3.0×1{0}^{7}J}$=2.8×10⁹kg=2.8×10⁶t；
（2）当v=15m/s时，1s内获得的能量为27×10⁴J，
1s产生的电能W_电=P_出×t=27kW×1s=27×10³W×1s=27×10³J，
风力发电机组的发电效率η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{出}}$×100%=$\frac{27×1{0}^{3}J}{27×1{0}^{4}J}$×100%=10%；
（3）风能为洁净的能量来源，是可再生能源环保．
故答案为：
（1）①风机获得的能量与风速的三次方成正比；②与火力发电站相比，相当于每年节约；2.8×10⁶吨煤；
（2）10%；
（3）风能为洁净的能量来源，是可再生能源环保．

点评 能源问题是考试的热点问题，对数据分析找出规律的能力可以通过多练习得以加强；该题后两问只要掌握热值的基本计算方法和新能源的相关知识即可顺利解答．