Question

（2013?通州區二模）十三陵抽水蓄能電站擔負著北京地區調峰和緊急事故備用電源，改善首都供電質量的重要任務．抽水蓄能電站的工作原理是，在用電低谷時，電站利用電網多余電能把水抽到高出蓄水池中，到用電高峰時，再利用蓄水池中的水發電．電站利用十三陵水庫為下游水庫，在蟒山后上寺溝頭修建上游水庫．電站的年發電量約為10億kW?h，年抽水用電量約為14億kW?h．如圖所示，上游水庫近似視為長方體，可用于發電的庫容量為V，蓄水后上游水庫的平均水深為d，蓄水后水位高出下游水面高度為H．已知下游水庫的庫容量遠大于上游水庫的庫容量．
（1）求十三陵抽水蓄能電站的總效率η；
（2）求能用于發電的水的最大重力勢能E_P；
（3）若把抽水蓄能電站產生的電能輸送到北京城區．已知輸電功率為P，輸電線路的總阻值為R．要使輸電線路上損耗的功率小于△P，a．求輸電電壓的最小值U；b．在輸電功率P一定的情況下，請提出兩種能夠降低輸電過程中功率損耗的方法，并加以評述．

Answer 1

分析：（1）電站的年發電量約為10億kW?h，年抽水用電量約為14億kW?h．根據效率η的定義求解
（2）根據重力勢能的定義求解
（3）根據輸出功率求出輸電電流I，再根據損失功率的公式求解．
根據損失功率的表達式出兩種能夠降低輸電過程中功率損耗的方法．

解答：解：（1）總效率
η=

E有用

E總

×100%=

10

14

×100%=71%
（2）能用于發電的水的總質量m=ρV
所以，能用于發電的水的最大重力勢能E_p=mgh=ρVg（H-

d

2

）
（3）a．當輸電電壓為U時，輸電電流I=

P

U

所以，損失功率△P=I²R=(

P

U

)2R
        所以，輸電電壓的最小值U=P

R △P

b．損失功率△P=I²R=(

P

U

)2R
輸電功率P一定，能夠降低輸電過程中功率損耗的方法：一種是減小電阻R，即增大輸電導線的橫截面積（不經濟）；改用電阻率小的輸電導線；
另一種是：提高輸電電壓U（最經濟）．
答：（1）十三陵抽水蓄能電站的總效率η是71%；
（2）能用于發電的水的最大重力勢能是ρVg（H-

d

2

）；
（3）輸電電壓的最小值U=P

R △P

，增大輸電導線的橫截面積（不經濟）；改用電阻率小的輸電導線；提高輸電電壓（最經濟）．

點評：要求能量的轉化效率，首先要確定哪種能量是有效利用的能量；哪種能量是消耗的總能量．掌握電路的知識在能量轉化過程中的應用．