四、综合题（18分）
12. [陕西中考改编] 火电站利用煤炭燃烧时产生的热量，通过汽轮机带动发电机发电，若火电站的煤电转化效率 $\eta=\frac{W_{电}}{Q_{总}}×100\%$（$W_{电}$为火电站发出的电能，$Q_{总}$为消耗的煤炭完全燃烧时所放出的热量），则煤炭燃烧越充分，煤电转化效率越高。有关研究表明，基于“富氧燃烧”技术的“碳—氢—风—电”能源耦合模型，可有效地提高新能源与传统能源的综合利用。如图所示，风电站给电网供电后，将富余的电能输送给制氢厂，通过电解水装置制造的氢气，经加氢站到达用户端；将电解水制氢时产生的氧气输送给火电站，使煤炭实现“富氧燃烧”，提高火电站的煤电转化效率。
(1)某风电站总装机功率为 $10^5$ kW，平均每天工作时长以10 h计。若风电站以总装机功率工作时，1天所发出的电能中，有$8.2×10^5$ kW·h的电能供给电网，富余的电能全部用于电解水制氢（每产生1 $m^3$氢气消耗3.6 kW·h的电能），产生的氢气完全燃烧时，释放的热量为J。（氢气的热值为$1.28×10^7$ J/$m^3$）
(2)假设火电站通过“富氧燃烧”技术，使煤炭完全燃烧，可实现每消耗0.31 kg的标准煤，发出1 kW·h的电能，则“富氧燃烧”条件下，煤电转化效率是多少。（标准煤的热值为$2.9×10^7$ J/kg）
(3)若采用“富氧燃烧”技术后，煤电转化效率相比技术革新之前提高了4%，则同样发出1 kW·h的电能，相比应用“富氧燃烧”技术前，能节约多少千克标准煤。

12. 【解】(1)$6.4×10^{11}$
(2)0.31 kg的标准煤完全燃烧放出的热量$Q_{放}'=mq'=0.31\ \mathrm{kg}×2.9×10^7\ \mathrm{J/kg}=8.99×10^6\ \mathrm{J}$，“富氧燃烧”条件下，煤电转化效率$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1×10^3×3\ 600\ \mathrm{J}}{8.99×10^6\ \mathrm{J}}×100\%=40\%$。
(3)由题意知，技术革新之前的煤电转化效率$\eta'=40\%-4\%=36\%$，由$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%$知，完全燃烧标准煤放出的热量$Q_{放}''=\frac{W_{有用}}{\eta'}=\frac{1×10^3×3\ 600\ \mathrm{J}}{36\%}=10^7\ \mathrm{J}$，由$Q_{放}=mq$知，完全燃烧标准煤的质量$m'=\frac{Q_{放}''}{q'}=\frac{10^7\ \mathrm{J}}{2.9×10^7\ \mathrm{J/kg}}≈0.345\ \mathrm{kg}$，
则相比应用“富氧燃烧”技术前能节约标准煤的质量$m''=m'-m=0.345\ \mathrm{kg}-0.31\ \mathrm{kg}=0.035\ \mathrm{kg}$。
【点拨】(1)1天发出的电能$W=Pt=10^5\ \mathrm{kW}×10\ \mathrm{h}=10^6\ \mathrm{kW·h}$。则用于电解水制氢的电能$W'=10^6\ \mathrm{kW·h}-8.2×10^5\ \mathrm{kW·h}=1.8×10^5\ \mathrm{kW·h}$，
每产生$1\ \mathrm{m^3}$氢气消耗$3.6\ \mathrm{kW·h}$的电能，则电解水制氢的体积$V=\frac{1.8×10^5\ \mathrm{kW·h}}{3.6\ \mathrm{kW·h/m^3}}=5×10^4\ \mathrm{m^3}$，
产生的氢气完全燃烧时释放的热量$Q_{放}=Vq=5×10^4\ \mathrm{m^3}×1.28×10^7\ \mathrm{J/m^3}=6.4×10^{11}\ \mathrm{J}$。