《2025年名校课堂九年级物理上册人教版河南专版》

12. (2024·德州)近年来我国大力提倡风力发电，如图为某小型风力发电机，已知该发电机$1s$内获得的风能$E$为$8×10^{4}J$，风能转化为电能的效率为$25\%$，当地平均风速$v$为$10m/s$，发电机一天工作时间按$5h$计算。
(1)若发电机在$1s$内获得的风能$E$与风速$v$的定量关系为$E = kv^{3}$，则常数$k =$80$J·(m/s)^{-3}$。
(2)发电机$1$天内产生的电能相当于完全燃烧多少千克煤放出的热量？$(q_{煤}=3.0×10^{7}J/kg)$

答案：
(1)80 
(2)根据题意可以求得发电机1天内获得的风能:$E_{总}=8× 10^{4}\ J× 5× 3600=1.44× 10^{9}\ J$发电机1天内产生的电能:$W=\eta E_{总}=25\%× 1.44× 10^{9}\ J=3.6× 10^{8}\ J$煤放出的热量$Q_{放}=W=3.6× 10^{8}\ J$,完全燃烧煤的质量:$m_{煤}=\frac{Q_{放}}{q_{煤}}=\frac{3.6× 10^{8}\ J}{3.0× 10^{7}\ J/kg}=12\ kg$

2024年4月30日，全球最大压缩空气储能项目并网发电，这是我国新型储能技术应用的一个里程碑(如图1)。
该项目工作原理如图2所示，用电低谷时段，将电网多余的电能通过空气压缩机把空气压缩到地下盐穴中(地下盐层中的洞穴)；用电高峰时段，将储存在盐穴中的高压空气释放，驱动空气膨胀机转动，连接发电机发电。


该工程就像一个“超级充电宝”，储存1度电最终能放出0.72度电，装机功率300MW。每年发电量可达6亿度，能够保障超过20万户家庭用电需求。每年可节约标准煤约1.9×10⁸kg，减少二氧化碳排放约4.9×10⁸kg，可连续放电6h，使用期长达40年。
1. 该项目储能过程中，电网中多余的电能通过电动机转化为机械能，再通过空气压缩机转化为内能。
2. 换热器是将热流体的部分内能转移给冷流体的装置，常温高压空气在“换热器2”处吸热。
3. 该项目每年节约的标准煤完全燃烧可以释放$5.51×10^{15}$
J的能量。(标准煤热值为2.9×10⁷J/kg)
4. 该项目的能量转换效率为72%。
5. 从工程建设角度，要增加项目储存的能量，请提出一条建议：增加地下盐穴。

答案： 1. 机械；内
2. 吸
3. 解：根据公式$Q = mq$（其中$Q$为燃料完全燃烧放出的热量，$m$为燃料的质量，$q$为燃料的热值），已知$m = 1.9×10^{8}kg$，$q = 2.9×10^{7}J/kg$，则$Q=mq = 1.9×10^{8}kg×2.9×10^{7}J/kg = 5.51×10^{15}J$。
4. $72\%$
5. 增加地下盐穴（或增加压缩机功率等合理答案均可）