2010年11月5日,在新疆召开的“引渤入疆”(指引渤海水进入新疆)研讨会,引起了全国舆论的广泛关注。其中一个方案是:从天津取水,由黄旗海—库布齐沙漠
2010 年 11 月 5 日 , 在新疆召开的 “ 引渤入疆 ”( 指引渤海水进入新疆 ) 研讨会,引起了全国舆论的广泛关注。其中一个方案是:从天津取水,由黄旗海 — 库布齐沙漠 — 毛乌素沙漠 — 腾格里沙漠 — 乌兰布和沙漠 — 巴丹吉林沙漠, 走河西走廊,经疏勒河自流进入罗布泊。此路径中最高海拔约为 1200m ,从罗布泊到下游的艾丁湖,又有近 1000m 的落差。此方案是否可行,涉及到环境、能源、技术等多方面的因素。下面我们仅从能量角度来分析这个方案。 取重力加速度 g =10m/s 2 ,水的密度 ρ 1 = 1.0×10 3 kg /m 3 。
( 1 )通过管道提升海水,电能的利用率 η 1 = 60% , 将 1 吨 海水提升到海拔 1200m ,需要耗多少电 能 ? 利用水的落差发电, 发电效率也为 η 1 = 60% , 在 1000m 的落差 中 1 吨 水可以发多少电 能 ?
( 2 )如果每年调 4×10 9 m 3 海水入疆,尽管利用落差发的电可以全部用来提升海水,但还需要额外提供电能。
( i )额外需要的电能可从 三峡水电站输送。 已知 三峡水电站 水库面积约 1.0×10 9 m 2 ,年 平均流量 Q = 5.0×10 11 m 3 ,水库水面与发电机所在位置的平均高度差 h =100m ,发电站的发电效率 η 1 = 60% 。 求在一年中 “ 引渤入疆 ” 工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例。
( ii )我国西北地区风能充足, 额外需要的电能也可通过风力发电来解决。 通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能 。取 空气密度 ρ 2 = 1.25kg /m 3 。 某风力发电机的发电效率 η 2 =40% , 其 风轮机一个叶片旋转一周扫过的面积 S= 400m 2 。 某地区风速 υ =10m/s 的时间每年约为 5500 小时 ( 合 2.0 × 10 7 s ) 。求在该地区建多少台这样的风力发电机才能满足 “ 引渤入疆 ” 工程额外需要的电能?
( 1 )将 1T 海水提升到海拔 1200m ,重力势能增加 J
由于电能的利用率为 60% ,所以需要耗电 J ( 2 分)
1T 水可以发电 J ( 2 分)
( 2 )将 1T 海水输送到艾丁湖,额外需要耗电 Δ E 0 =E 1 - E 2 = 1.4×10 7 J ( 1 分)
每年从渤海湾调 4×10 9 m 3 海水入疆需要额外用电
Δ E= 4×10 9 ×Δ E 0 = 5.6×10 16 J ( 2 分)
( i )三峡水电站的年发电 J ( 2 分) “ 引渤入疆 ” 工程需要的电能占三峡电站发电量的比例为
=18.7% ( 2 分)
( ii )对一台这样的 风力发电机,
1s 内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为 ρ 2 υS
风能的最大功率 =
( ρ 2 υS ) υ 2 =
ρ 2 Sυ 3 =2.5 × 10 5 W ( 2 分)
年发电量约 W = η 2 P m t =40% × 2.5 × 10 5 × 2.0 × 10 7 J= 2.0 × 10 12 J ( 2 分)
为满足 “ 引渤入疆 ” 工程额外需要的电能,需建数量
n= = 2.8 × 10 4 (台) ( 3 分)
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