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

Question

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？

 

Answer 1

（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ΔE0=E1- E2= 1.4×107J      （1分） 每年从渤海湾调4×109m3海水入疆需要额外用电 ΔE=4×109×ΔE0= 5.6×1016J                      （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ρ2υS 风能的最大功率 =(ρ2υS)υ2 = ρ2Sυ3 =2.5×105W          （2分）    年发电量约 W =η2Pmt =40%×2.5×105×2.0×107J= 2.0×1012J   （2分）    为满足“引渤入疆”工程额外需要的电能，需建数量                n==2.8×104（台）             （3分）