Question

在2008年国际金融危机以来，我国为了应对危机确保国民经济健康稳定的发展，采取了一系列的措施，加大基础设施建设的投入，其中发展风力发电就是重要的一项，如图所示．如果一台风力发电机组连同底座总质量为80t，中间的钢柱高61.5m，底部面积约12m²；与主机连在一起的3片“风叶”，每片长37.5m，面积约为20m²．
（1）发电机的工作原理是______；
风力发电机工作时的能量转化是______．
（2）发电机组对地面的压强是多少？（g取10N/kg）
（3）若平均风速为6m/s，空气的密度为1.29kg/m³，则每分钟吹过每个叶片上的空气质量是多少？
（4）若一个风力发电厂预计一年总发电量为2.16×10⁷kw•h，与火力发电相比，每年可节约多少t标准煤？（标准煤的热值为3×10⁷J/kg）

Answer

（1）发电机是产生电能的机器，据实际情况判断风力发电机原理和发电过程中的能量转化情况即可；
（2）此时发电机组对地面的压力就等于发电机组的重力，已知其接触面积，据公式P=计算即可；
（3）每分钟吹过每个叶片上的空气看做一个长方体，据风速和时间可计算出空气在这段时间内所走的路程，而后据叶片的面积可计算成这段空气柱的体积，在据密度公式可以计算出这段时间吹过每个叶片的空气的质量．
（4）把风力发电厂预计一年总发电量的单位换算成焦耳，由于燃烧煤所产生的热量与上面的发电量是相等的，故据公式Q=mq的变形公式可计算出每年可节约的煤的质量．
【解析】
（1）发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，风力发电机工作时，风推动叶片转动，将风能转化为叶片的机械能，再通过发电机转化为电能．
（2）此时发电机组对地面的压力是F=G=mg=80000kg×10N/kg=800000N；已知底座的面积是12m2
故发电机组对地面的压强是P==≈66666.7Pa；
（3）在半分钟内空气所走的路程是：S=vt=6m/s×60s=；
此时该部分空气的体积为V=Sh=20m2×360m=7200m3
故此时吹过叶片的空气的质量是m=ρv=1.29kg/m3×7200m3=9288kg；
（4）由题知，Q放=W电=2.16×107kw•h=7.776×1013J；
∵Q放=mq，
∴需要标准煤的质量：
m===2592000kg=2592t．
故答案为：（1）电磁感应；风能先转化为叶片的机械能，而后通过发电机在将机械能转化为电能；（2）66666.7Pa；（3）9288kg；（3）2592t．