（20分）风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源…——2008 高考物理第 11 题答案解析

（1）输电线上的电流 $I = \frac{P_0}{U} = \frac{300 \times 10^3}{10 \times 10^3} \text{A} = 30 \text{A}$
导线上损失的功率 $P_{\text{损}} = I^2 R = 30^2 \times 10 \text{W} = 9000 \text{W} = 9 \text{kW}$
损失的功率与输送功率的比值 $\frac{P_{\text{损}}}{P_0} = \frac{9 \times 10^3}{300 \times 10^3} = 0.03$

（2）单位时间内流向风轮机的最大风能即为单位时间内通过风轮机扫过面积的气流的动能。
设时间 $t$ 内流过风轮机的气流体积为 $V = Svt = \pi r^2 vt$
气流质量 $m = \rho V = \rho \pi r^2 vt$
气流动能 $E_k = \frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2} \rho \pi r^2 v t \cdot v^2 = \frac{1}{2} \pi \rho r^2 v^3 t$
单位时间内的最大风能 $P_m = \frac{E_k}{t} = \frac{1}{2} \pi \rho r^2 v^3$
要提高风轮机单位时间接受的风能，在风速和叶片数确定的情况下，由表达式可知，可采取的措施有：增加风轮机叶片长度 $r$；安装调向装置，使风轮机始终正面迎风。

（3）由题意知，风力发电机的输出电功率 $P$ 与 $P_m$ 成正比，而 $P_m \propto v^3$，故 $P \propto v^3$。
即 $\frac{P_2}{P_1} = (\frac{v_2}{v_1})^3$
当风速 $v_2 = 6 \text{m/s}$ 时，输出功率 $P_2 = P_1 (\frac{v_2}{v_1})^3 = 540 \times (\frac{6}{9})^3 \text{kW} = 540 \times \frac{8}{27} \text{kW} = 160 \text{kW}$
该地区风速不低于 $6 \text{m/s}$ 的时间每年约为 $t = 5000 \text{h}$，则最小年发电量
$W = P_2 t = 160 \times 5000 \text{kW}\cdot\text{h} = 8 \times 10^5 \text{kW}\cdot\text{h}$