第 23 题
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题目
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海上光伏
海上光伏是新能源产业的重要发展方向之一.如题 23 图甲所示为桩基固定式海上光伏装置.该装置通过将管桩打入海底土层形成支撑结构,再安装光伏支架.支架上的光伏板将太阳能转化为电能.
某团队尝试采用光伏装置和蓄电池组为生产设备协同供电.光伏装置对设备供电充裕时,可同时为蓄电池组充电;供电不足时,蓄电池组放电协助供电.蓄电池组的最大储能为 100 kW·h;充电时,为保护电池,当蓄电池组储能达到最大储能的 80% 以后,限制最大充电功率为 200 kW.
若生产设备在某时段工作电压为 200 V,工作总电流随时间变化的图像如图乙,0.2 ~ 0.4 h 内、0.4 ~ 0.5 h 内与 0.5 ~ 0.7 h 内消耗电能之比为 5∶2∶5.光伏装置供电时以最大功率发电,仅当电路所需功率小于最大发电功率时,才会自动调整发电功率为所需功率.不计供电、充电、放电等过程中电能的损耗.
(1)太阳能属于____(选填“可再生”或“不可再生”)能源.
(2)在水深 10 m 处打桩,该深度处海水压强为____Pa.($\rho_{\text{海水}}=1.03\times10^{3}\ \mathrm{kg/m^{3}}$,$g$ 取 10 N/kg)
(3)若某光伏板的面积为 200 m²,单位面积接收太阳辐射的功率为 1000 W/m²,光电转换效率为 25%,则发电功率为____kW.该光伏板全年发电量为 $6\times10^{4}$ kW·h,相当于____kg 煤完全燃烧释放的热量.($q_{\text{煤}}=3.0\times10^{7}\ \mathrm{J/kg}$)
(4)若在图乙所示时段(0 ~ 1.0 h)内任意时刻,光伏装置可提供的最大发电功率为 1100 kW,则蓄电池组为设备供电的总时长为____h;$t=0.2$ h 时,蓄电池组的储能为 40 kW·h,则光伏装置在 0.2 ~ 0.5 h 内与 0.5 ~ 0.9 h 内的发电量之比为____.

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对照评分要点,逐条自评评分要点
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$p=\rho_{\text{海水}}gh=1.03\times10^{5}\ \mathrm{Pa}$;发电功率 50 kW。2 分
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6×10⁴ kW·h = 2.16×10¹¹ J,相当于 7200 kg 煤。1 分
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把 1100 kW 换成电流 5.5×10³ A,在图上画线:线上方由蓄电池组补,共 0.15 h。1 分
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不计损耗:光伏发电量 = 设备耗电 + 蓄电池组净增储能。1 分
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储能到 80 kW·h 后充电功率最多 200 kW;储能 40 → 260/3 → 100 kW·h,发电量之比 7∶8。1 分
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答案与解析
(1)可再生.
(2)$p=\rho_{\text{海水}}gh=1.03\times10^{3}\ \mathrm{kg/m^3}\times10\ \mathrm{N/kg}\times10\ \mathrm{m}=1.03\times10^{5}\ \mathrm{Pa}$.
(3)50;7200.$P=1000\ \mathrm{W/m^2}\times200\ \mathrm{m^2}\times25\%=5\times10^{4}\ \mathrm{W}=50\ \mathrm{kW}$;$Q=6\times10^{4}\ \mathrm{kW\cdot h}=2.16\times10^{11}\ \mathrm{J}$,$m=\dfrac{Q}{q_{\text{煤}}}=7200\ \mathrm{kg}$.
(4)0.15;7∶8.电流超过 $\dfrac{1100\ \mathrm{kW}}{200\ \mathrm{V}}=5.5\times10^{3}\ \mathrm{A}$ 时由蓄电池组补充供电:0.15 ~ 0.25 h 与 0.575 ~ 0.625 h,共 0.15 h.发电量 = 设备耗电 + 蓄电池组净增储能:0.2 ~ 0.5 h 内储能由 40 kW·h 增到 $86\tfrac{2}{3}$ kW·h,发电 $\dfrac{980}{3}$ kW·h;0.5 ~ 0.9 h 内储能充满到 100 kW·h,发电 $\dfrac{1120}{3}$ kW·h;比为 7∶8.
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要点
- $p=\rho_{\text{海水}}gh=1.03\times10^{5}\ \mathrm{Pa}$;发电功率 50 kW。
- 6×10⁴ kW·h = 2.16×10¹¹ J,相当于 7200 kg 煤。
- 把 1100 kW 换成电流 5.5×10³ A,在图上画线:线上方由蓄电池组补,共 0.15 h。
- 不计损耗:光伏发电量 = 设备耗电 + 蓄电池组净增储能。
- 储能到 80 kW·h 后充电功率最多 200 kW;储能 40 → 260/3 → 100 kW·h,发电量之比 7∶8。