◎ 题目

风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．风力发电机是将风能（气流的功能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱，发电机等．如图所示． （1）利用总电阻R=10Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能．输送功率P0=300 kW，输电电压U=10 kW，求异线上损失的功率与输送功率的比值； （2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积．设空气密度为p，气流速度为v，风轮机叶片长度为r．求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm； 在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施． （3）已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比．某风力发电机的风速v19m/s时能够输出电功率P1=540kW．我国某地区风速不低于v2=6m/s的时间每年约为5000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时．

◎ 答案

（1）导线上损失的功率为P=I2R= P0 U 2R=( 300×103 10×103 )2×10W=9kW 损失的功率与输送功率的比值 P P0 = 9×103 300×103 =0.03 （2）风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大． 单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为pvS，S=πr2 风能的最大功率可表示为  P风= 1 2 (ptS)v2= 1 2 ptπt2v2= 1 2 πpr2v3 采取措施合理，如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等． （3）按题意，风力发电机的输出功率为P2= v2 v1 ?P1=( 6 9 )3×540kW=160 kW 最小年发电量约为W=P2t=160×5000 kW?h=8×105kW?h 答：（1）导线上损失的功率为9kW，输送功率的比值为0.03； （2）单位时间内流向风轮机的最大风能Pm；为 1 2 πpr2v2，在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，可采取的措施如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等． （3）这台风力发电机在该地区的最小年发电量是8×105kW?h．

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析，试题“风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．风力发电机是将风能（气流的功能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱，发电机等．如图所示．（1）利用总电阻R=10Ω…”主要考查了你对  【电功】，【电功率】，【能量守恒定律、第一类永动机】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。