登录
2.阅读短文,回答问题。
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。
该项目工作原理如下图所示,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,带动发电机发电。
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300兆瓦。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$1.9×10^{8} kg,$减少二氧化碳排放约$4.9×10^{8} kg$。
可连续放电6小时,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
(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
(3)该项目每年节约的标准煤完全燃烧,释放
(4)该项目的能量转换效率为
(5)请从工程建设角度,提出一条增加项目储存能量的建议:
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。
该项目工作原理如下图所示,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,带动发电机发电。
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300兆瓦。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$1.9×10^{8} kg,$减少二氧化碳排放约$4.9×10^{8} kg$。
可连续放电6小时,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,释放
$5.51×10^{15}$
J的能量。(标准煤热值为$2.9×10^{7} J/kg)$(4)该项目的能量转换效率为
72%
。该项目每年发电6亿度,则消耗8.3
亿度用电低谷时段电网的多余电能。(计算结果保留1位小数)(5)请从工程建设角度,提出一条增加项目储存能量的建议:
增大地下盐穴的体积
。答案
2.(1)机械 内 (2)吸 (3)$5.51×10^{15}$ (4)72% 8.3 (5)增大地下盐穴的体积
解析
【分析】
本题结合压缩空气储能项目的实际应用，考查能量转化、热传递、热值计算、效率计算及工程建议。解题思路：
1. 第(1)问：明确电动机和空气压缩机的能量转化，电动机将电能转化为机械能，空气压缩机压缩空气时，机械能转化为空气的内能；
2. 第(2)问：根据换热器的作用，换热器2需将常温高压空气加热为高温高压空气，因此常温高压空气在此处吸热；
3. 第(3)问：利用热值公式$Q=mq$，代入标准煤的质量和热值计算释放的总能量；
4. 第(4)问：能量转换效率为输出电能与输入电能的比值，根据题目给出的“储存1度电放出0.72度电”计算效率；再根据效率和年发电量，计算消耗的多余电能；
5. 第(5)问：从储存高压空气的载体（地下盐穴）角度，增大储存空间可增加储存能量。
【解析】
(1) 储能过程中，电网多余的电能通过电动机转化为机械能，空气压缩机压缩空气时，将机械能转化为空气的内能，故依次填机械、内。
(2) 换热器2的作用是将常温高压空气加热为高温高压空气，因此常温高压空气在换热器2处吸热，故填吸。
(3) 标准煤完全燃烧释放的能量：$Q=mq=1.9×10^8\ \mathrm{kg}×2.9×10^7\ \mathrm{J/kg}=5.51×10^{15}\ \mathrm{J}$。
(4) 能量转换效率：$\eta=\frac{\mathrm{输出电能}}{\mathrm{输入电能}}×100\%=\frac{0.72\ \mathrm{度}}{1\ \mathrm{度}}×100\%=72\%$；已知年发电量6亿度，效率为72%，则消耗的多余电能：$W_{\mathrm{输入}}=\frac{W_{\mathrm{输出}}}{\eta}=\frac{6\ \mathrm{亿度}}{72\%}≈8.3\ \mathrm{亿度}$。
(5) 地下盐穴是储存高压空气的场所，增大地下盐穴的体积，可储存更多高压空气，从而增加项目储存的能量，故建议为增大地下盐穴的体积。
【答案】
(1) 机械；内
(2) 吸
(3) $5.51×10^{15}$
(4) 72%；8.3
(5) 增大地下盐穴的体积
【知识点】
能量转化、热值计算、效率计算
【点评】
本题结合新型储能技术的实际场景，将物理基础知识与科技应用结合，考查学生对核心概念的理解和应用能力，难度适中，体现了物理学科的实用性。
【难度系数】
0.6
本题结合压缩空气储能项目的实际应用，考查能量转化、热传递、热值计算、效率计算及工程建议。解题思路：
1. 第(1)问：明确电动机和空气压缩机的能量转化，电动机将电能转化为机械能，空气压缩机压缩空气时，机械能转化为空气的内能；
2. 第(2)问：根据换热器的作用，换热器2需将常温高压空气加热为高温高压空气，因此常温高压空气在此处吸热；
3. 第(3)问：利用热值公式$Q=mq$，代入标准煤的质量和热值计算释放的总能量；
4. 第(4)问：能量转换效率为输出电能与输入电能的比值，根据题目给出的“储存1度电放出0.72度电”计算效率；再根据效率和年发电量，计算消耗的多余电能；
5. 第(5)问：从储存高压空气的载体（地下盐穴）角度，增大储存空间可增加储存能量。
【解析】
(1) 储能过程中，电网多余的电能通过电动机转化为机械能，空气压缩机压缩空气时，将机械能转化为空气的内能，故依次填机械、内。
(2) 换热器2的作用是将常温高压空气加热为高温高压空气，因此常温高压空气在换热器2处吸热，故填吸。
(3) 标准煤完全燃烧释放的能量：$Q=mq=1.9×10^8\ \mathrm{kg}×2.9×10^7\ \mathrm{J/kg}=5.51×10^{15}\ \mathrm{J}$。
(4) 能量转换效率：$\eta=\frac{\mathrm{输出电能}}{\mathrm{输入电能}}×100\%=\frac{0.72\ \mathrm{度}}{1\ \mathrm{度}}×100\%=72\%$；已知年发电量6亿度，效率为72%，则消耗的多余电能：$W_{\mathrm{输入}}=\frac{W_{\mathrm{输出}}}{\eta}=\frac{6\ \mathrm{亿度}}{72\%}≈8.3\ \mathrm{亿度}$。
(5) 地下盐穴是储存高压空气的场所，增大地下盐穴的体积，可储存更多高压空气，从而增加项目储存的能量，故建议为增大地下盐穴的体积。
【答案】
(1) 机械；内
(2) 吸
(3) $5.51×10^{15}$
(4) 72%；8.3
(5) 增大地下盐穴的体积
【知识点】
能量转化、热值计算、效率计算
【点评】
本题结合新型储能技术的实际场景，将物理基础知识与科技应用结合，考查学生对核心概念的理解和应用能力，难度适中，体现了物理学科的实用性。
【难度系数】
0.6
3.如图所示,轻轻推倒第一块小木板就会产生连锁反应,使最后一块大木板被推倒。有人认为,实验说明了用很少的能量可以产生较多的能量,所以能量守恒定律不成立。你认为这个说法正确吗?请判断并简要说明理由。
答案
3.不正确。在这个实验中,轻轻推倒第一块小木板时,人对小木板做了功,输入了能量;之后的连锁反应,是小木板的机械能依次传递、转化,使得最后一块大木板被推倒。整个过程中,所有参与的木板等物体的总能量(包括机械能等)是守恒的,并没有产生更多的能量,只是能量在不同木板之间进行了转移和转化,所以能量守恒定律是成立的。
解析
【分析】
要判断题中说法是否正确，需结合能量守恒定律的核心内容，分析实验过程中的能量变化：能量不会凭空产生，只会转移或转化，总能量保持不变。解题时先明确能量守恒定律的含义，再拆解实验中各阶段的能量来源与去向，即可判断说法的正误。
【解析】
该说法不正确。能量守恒定律表明，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到另一个物体，转化和转移过程中总能量不变。在这个实验中，轻轻推倒第一块小木板时，人对小木板做功，向系统输入了能量；后续的连锁反应是小木板的机械能依次传递、转化，最终使最后一块大木板被推倒。整个过程中，所有木板等物体的总能量（包括机械能等）守恒，能量仅在不同木板间转移和转化，并没有产生更多能量，因此能量守恒定律成立，题中说法错误。
【答案】
不正确。理由：在这个实验中，人推倒第一块小木板时对其做功，输入了能量；后续连锁反应是小木板的机械能依次传递、转化，使最后一块大木板被推倒。整个过程中总能量守恒，能量只是在不同木板间转移和转化，并没有产生更多能量，因此能量守恒定律成立，该说法错误。
【知识点】
能量守恒定律、机械能的转移与转化
【点评】
本题结合多米诺骨牌实验考查能量守恒定律的应用，核心是理解能量不会凭空产生，仅发生转移和转化，属于基础概念的实际应用，难度较低。
【难度系数】
0.3
要判断题中说法是否正确，需结合能量守恒定律的核心内容，分析实验过程中的能量变化：能量不会凭空产生，只会转移或转化，总能量保持不变。解题时先明确能量守恒定律的含义，再拆解实验中各阶段的能量来源与去向，即可判断说法的正误。
【解析】
该说法不正确。能量守恒定律表明，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到另一个物体，转化和转移过程中总能量不变。在这个实验中，轻轻推倒第一块小木板时，人对小木板做功，向系统输入了能量；后续的连锁反应是小木板的机械能依次传递、转化，最终使最后一块大木板被推倒。整个过程中，所有木板等物体的总能量（包括机械能等）守恒，能量仅在不同木板间转移和转化，并没有产生更多能量，因此能量守恒定律成立，题中说法错误。
【答案】
不正确。理由：在这个实验中，人推倒第一块小木板时对其做功，输入了能量；后续连锁反应是小木板的机械能依次传递、转化，使最后一块大木板被推倒。整个过程中总能量守恒，能量只是在不同木板间转移和转化，并没有产生更多能量，因此能量守恒定律成立，该说法错误。
【知识点】
能量守恒定律、机械能的转移与转化
【点评】
本题结合多米诺骨牌实验考查能量守恒定律的应用，核心是理解能量不会凭空产生，仅发生转移和转化，属于基础概念的实际应用，难度较低。
【难度系数】
0.3
