Question

風(fēng)能將成為21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能（氣流的功能）轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要部件包括風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱，發(fā)電機(jī)等。如圖所示。

（1）利用總電阻R＝10Ω的線路向外輸送風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能。輸送功率P₀＝300kW，輸電電壓U＝10kV，求導(dǎo)線上損失的功率與輸送功率的比值；

（2）風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)所掃過的面積為風(fēng)力發(fā)電機(jī)可接受風(fēng)能的面積。設(shè)空氣密度為ρ，氣流速度為v，風(fēng)輪機(jī)葉片長度為r。求單位時間內(nèi)流向風(fēng)輪機(jī)的最大風(fēng)能P_m；

在風(fēng)速和葉片數(shù)確定的情況下，要提高風(fēng)輪機(jī)單位時間接受的風(fēng)能，簡述可采取的措施。

（3）已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電功率P與P_m成正比。某風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速v₁＝9m/s時能夠輸出電功率P₁＝540kW。我國某地區(qū)風(fēng)速不低于v₂＝6m/s的時間每年約為5000小時，試估算這臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時。

Answer 1

（1）0.03

（2）

（3）8×10⁵kW·h

解析:

（1）導(dǎo)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(fēng)垂直流向風(fēng)輪機(jī)時，提供的風(fēng)能功率最大。

單位時間內(nèi)垂直流向葉片旋轉(zhuǎn)面積的氣體質(zhì)量為：。

風(fēng)能的最大功率可表示為：

。

要提高單位時間內(nèi)接受的風(fēng)能，應(yīng)采取的合理措施有：如增加風(fēng)輪機(jī)葉片長度，安裝調(diào)向裝置保持風(fēng)輪機(jī)正面迎風(fēng)等。

（3）按題意，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為：

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