能源与社会

• 屋顶分布式光伏：杭州不少厂房和居民屋顶装了光伏板，白天发电自用、余电上网，把分散的太阳能就地转化为电能。
• 钱塘江与潮汐能：钱塘江涌潮世界闻名，潮差大且规律；浙江温岭江厦潮汐试验电站是我国规模较大的潮汐电站。
• 地铁的制动能量回收：列车制动时把动能转化为电能回馈电网，是「提高效率」而非「增加能源」的典型做法。
• 新能源公交与充电桩：电动公交把发电环节集中到电厂或清洁能源，城区内实现零排放。

生活应用题 1 · 屋顶光伏一年能发多少电

某厂房屋顶铺设光伏板面积 $200\ \text{m}^2$，杭州地区晴天正午太阳辐射功率约 $1000\ \text{W/m}^2$，光电转换效率为 $18\%$。若按每天等效满发 $3.5\ \text{h}$、一年 $360$ 天计算，年发电量为多少千瓦时？相当于节约标准煤多少千克（每千瓦时电约耗标准煤 $0.32\ \text{kg}$）？

分步解：

1. 求满发输出功率，依据「接收功率乘效率」：$P = 1000 \times 200 \times 18\% = 3.6 \times 10^{4}\ \text{W} = 36\ \text{kW}$。
2. 求年发电量，依据 $W = Pt$：$W = 36 \times 3.5 \times 360 = 45360\ \text{kW}\cdot\text{h}$。
3. 求节约标准煤：$m = 45360 \times 0.32 \approx 1.45 \times 10^{4}\ \text{kg}$，即约 $14.5\ \text{t}$。
4. 检验并作答：$200\ \text{m}^2$ 屋顶年发电约四万余千瓦时，相当于十几户居民一年的用电量，量级合理。答：约 $4.5 \times 10^{4}$ 千瓦时，节约标准煤约 $14.5$ 吨。

生活应用题 2 · 电热水壶与燃气灶谁更划算

把 $1.5\ \text{kg}$ 水从 $25\ ^\circ\mathrm{C}$ 烧到 $100\ ^\circ\mathrm{C}$。电热水壶效率约 $90\%$，电价 $0.55$ 元每千瓦时；燃气灶效率约 $50\%$，天然气热值按 $4.4 \times 10^{7}\ \text{J/m}^3$ 计，价格 $3.0$ 元每立方米。哪种方式更省钱？

分步解：

1. 求水需吸收的热量，选 $Q_{\text{吸}} = cm\Delta t$：$Q_{\text{吸}} = 4.2 \times 10^{3} \times 1.5 \times 75 = 4.725 \times 10^{5}\ \text{J}$。
2. 求电热水壶耗电，依据 $\eta = \dfrac{Q_{\text{吸}}}{W}$ 得 $W = \dfrac{4.725 \times 10^{5}}{0.9} = 5.25 \times 10^{5}\ \text{J}$；因 $1\ \text{kW}\cdot\text{h} = 3.6 \times 10^{6}\ \text{J}$，故 $W \approx 0.146\ \text{kW}\cdot\text{h}$，电费约 $0.08$ 元。
3. 求燃气灶耗气：$Q_{\text{放}} = \dfrac{4.725 \times 10^{5}}{0.5} = 9.45 \times 10^{5}\ \text{J}$，$V = \dfrac{9.45 \times 10^{5}}{4.4 \times 10^{7}} \approx 0.0215\ \text{m}^3$，费用约 $0.06$ 元。
4. 比较、检验并作答：两者都在「几分钱」量级，合理；燃气约 $0.06$ 元、电约 $0.08$ 元，燃气更省钱。但电热水壶效率更高、更快更安全，实际选择还要看便利与安全——能源评价不能只看单一指标。