2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——?dú)庀髼l件下的能源利用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.在太陽能利用中，影響地表接收太陽輻射量最主要的氣象因子是（）。A.太陽活動(dòng)周期B.大氣水汽含量C.地球公轉(zhuǎn)軌道傾角D.地球自轉(zhuǎn)速度2.光伏組件的輸出效率在高溫條件下通常會(huì)下降，主要原因是（）。A.光伏材料老化加速B.電池溫度升高導(dǎo)致電勢(shì)壘降低C.大氣灰塵遮擋增強(qiáng)D.并聯(lián)電阻增大3.風(fēng)能密度（W/m2）的表達(dá)式為（）。A.ρ*v2/2B.ρ*vC.ρ/v2D.ρ2*v4.對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選址，以下哪個(gè)氣象條件指標(biāo)最為關(guān)鍵？（）A.平均風(fēng)速B.最大風(fēng)速C.風(fēng)向頻率D.風(fēng)能密度5.下列哪種氣象現(xiàn)象對(duì)光伏電站的短期發(fā)電量影響最為顯著？（）A.氣溫升高B.陰天或多云C.地表濕度增大D.海拔高度升高6.生物質(zhì)能源的生產(chǎn)與哪些氣象條件密切相關(guān)？（）A.光照、溫度、降水B.風(fēng)速、濕度、氣壓C.氣溫、蒸發(fā)、云量D.雷電、冰雹、沙塵7.極端高溫天氣可能對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響包括（）。A.提高光伏發(fā)電效率B.增加空調(diào)負(fù)荷，加大電網(wǎng)壓力C.降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速D.減少太陽能電池板壽命8.沙塵暴天氣對(duì)太陽能光伏發(fā)電的主要影響是（）。A.導(dǎo)致太陽輻射急劇增加B.引起光伏組件絕緣故障C.增加光伏組件的清潔維護(hù)成本D.降低光伏組件的溫度9.在評(píng)估一個(gè)地區(qū)的風(fēng)能資源時(shí)，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的風(fēng)速觀測(cè)，主要目的是獲?。ǎ?。A.風(fēng)速的瞬時(shí)最大值B.風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)特征（如年平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度）C.風(fēng)向的季節(jié)性變化D.風(fēng)速隨時(shí)間的變化曲線10.水力發(fā)電的出力直接取決于（）。A.太陽輻照度B.風(fēng)速和風(fēng)向C.河流流量和落差D.地下熱流二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題干橫線上）1.太陽輻射經(jīng)過大氣層時(shí)，由于大氣中的水汽、灰塵等物質(zhì)的吸收和散射，到達(dá)地面的太陽輻射會(huì)減少，這部分減少的輻射稱為________輻射。2.風(fēng)速隨高度的增加而增大，這個(gè)現(xiàn)象通常用________定律來近似描述。3.光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、逆變器、蓄電池和_______等部分組成。4.影響地?zé)崮荛_發(fā)的氣象因素主要是地表溫度和_______條件。5.在太陽能熱發(fā)電（CSP）系統(tǒng)中，通常利用_______作為吸熱介質(zhì)來收集和傳遞太陽熱能。6.評(píng)估風(fēng)能資源時(shí)，風(fēng)能密度是衡量風(fēng)能資源豐富程度的重要指標(biāo)，它等于空氣密度乘以風(fēng)速的________。7.氣象災(zāi)害，如臺(tái)風(fēng)、暴雨、冰凍等，會(huì)給太陽能、風(fēng)能等新能源設(shè)施帶來_______和經(jīng)濟(jì)損失。8.生物質(zhì)能源的利用方式包括直接燃燒、氣化、液化等，其原料的生產(chǎn)（如農(nóng)作物種植）受_______條件顯著影響。9.在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的作用是將光伏組件產(chǎn)生的_______電壓轉(zhuǎn)換為交流電。10.影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電功率的主要?dú)庀笠蛩厥秋L(fēng)速和_______。三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.大氣透明度2.風(fēng)能密度3.光伏效應(yīng)4.湍流強(qiáng)度5.電網(wǎng)消納四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述影響太陽能光伏發(fā)電效率的主要?dú)庀笠蛩丶捌溆绊憴C(jī)制。2.簡(jiǎn)述風(fēng)電場(chǎng)選址需要考慮的主要?dú)庀髼l件。3.簡(jiǎn)述氣象災(zāi)害（以臺(tái)風(fēng)為例）對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)可能造成的損害。4.簡(jiǎn)述提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在弱光條件下面板利用效率的常用方法。五、計(jì)算題（共15分）假設(shè)某地太陽總輻射量為800W/m2，大氣透明度對(duì)應(yīng)的透過率為0.7，太陽高度角為45°，太陽輻射中的直接輻射和散射輻射比例分別為0.6和0.4。請(qǐng)計(jì)算：（1）到達(dá)該地地面的散射輻射量是多少W/m2？（5分）（2）若該地光伏組件的轉(zhuǎn)換效率為15%，且在上述光照條件下其輸出效率受溫度影響，溫度每升高1°C，效率下降0.5%，當(dāng)前環(huán)境溫度為25°C，請(qǐng)估算該光伏組件的理論輸出功率密度（單位面積輸出功率）是多少W/m2？（假設(shè)組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的效率為20%，且標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度為25°C）（10分）六、論述題（10分）論述氣候變化對(duì)全球能源系統(tǒng)可能產(chǎn)生的主要影響及其應(yīng)對(duì)策略。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.A4.D5.B6.A7.B8.C9.B10.C二、填空題1.散射2.阿爾曼3.電源系統(tǒng)4.水文地質(zhì)5.高溫熔鹽6.平方7.安全8.氣候9.直流10.風(fēng)向三、名詞解釋1.大氣透明度：指大氣對(duì)于太陽輻射的透過能力，通常用透過率或透明度指數(shù)來表示，值越大表示大氣越清澈，對(duì)太陽輻射的削弱越小。2.風(fēng)能密度：指單位面積、單位時(shí)間內(nèi)通過的風(fēng)的動(dòng)能，是衡量風(fēng)能資源豐富程度的重要指標(biāo)，計(jì)算公式為ρ*v2/2，其中ρ為空氣密度，v為風(fēng)速。3.光伏效應(yīng)：指半導(dǎo)體材料（如硅）吸收光能后，其內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，并在外加電場(chǎng)作用下形成光生電流的現(xiàn)象，是光伏發(fā)電的基礎(chǔ)原理。4.湍流強(qiáng)度：通常指風(fēng)速脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差與平均風(fēng)速的比值，用來表征風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速變化的劇烈程度或穩(wěn)定性。5.電網(wǎng)消納：指電網(wǎng)吸收和利用分布式電源（如光伏、風(fēng)電等）所產(chǎn)生電力的能力，涉及電力平衡、調(diào)度管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面。四、簡(jiǎn)答題1.影響太陽能光伏發(fā)電效率的主要?dú)庀笠蛩丶捌溆绊憴C(jī)制：*太陽輻照度：太陽輻照量是光伏發(fā)電的能源來源，輻照度越高，理論輸出功率越大。大氣透明度影響到達(dá)地面的總輻射量。*光譜分布：不同波長(zhǎng)的光子被光伏材料吸收的效率不同，大氣成分（如水汽、臭氧）會(huì)改變太陽光譜。*溫度：光伏組件的溫度升高會(huì)導(dǎo)致其輸出效率下降，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電勢(shì)壘會(huì)隨溫度升高而降低。溫度每升高1°C，效率通常下降0.5%左右。*陰天與云量：云層會(huì)遮擋太陽，顯著減少到達(dá)地面的太陽輻射，導(dǎo)致光伏發(fā)電功率下降。*大氣粒子：大氣中的灰塵、水汽等會(huì)散射和吸收陽光，降低透明度，從而減少有效輻照。2.風(fēng)電場(chǎng)選址需要考慮的主要?dú)庀髼l件：*風(fēng)能資源豐富：需要長(zhǎng)期的風(fēng)速數(shù)據(jù)支持，關(guān)注年平均風(fēng)速、年有效風(fēng)時(shí)（風(fēng)速大于切入風(fēng)速的時(shí)間）、風(fēng)能密度等指標(biāo)。*風(fēng)向穩(wěn)定性：風(fēng)向變化越小越好，或至少風(fēng)向分布集中，便于安排機(jī)組的朝向和布局。*風(fēng)速剖面合理：風(fēng)速隨高度增加的梯度要適中，即風(fēng)切變要合適，以保證輪轂高度處的風(fēng)速滿足要求且機(jī)組效率高。*氣象條件適宜：避免頻繁的雷暴、臺(tái)風(fēng)、冰凍等惡劣天氣對(duì)機(jī)組安全和運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。*空氣密度：空氣密度大時(shí)，風(fēng)能密度也大，發(fā)電效率更高，通常海拔較低、溫度較低的地區(qū)密度較大。3.氣象災(zāi)害（以臺(tái)風(fēng)為例）對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)可能造成的損害：*強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致超載：臺(tái)風(fēng)帶來極端大風(fēng)，使葉片承受巨大氣動(dòng)載荷，可能超過設(shè)計(jì)極限，導(dǎo)致葉片損壞、變形甚至斷裂。*雷擊損壞：臺(tái)風(fēng)常伴隨雷電，直擊或感應(yīng)雷可能損壞機(jī)組的電子設(shè)備（如變流器、控制器、風(fēng)機(jī)外殼）。*水侵導(dǎo)致故障：臺(tái)風(fēng)帶來的暴雨可能淹沒機(jī)組內(nèi)部，導(dǎo)致電路短路、電機(jī)銹蝕等電氣故障。*基礎(chǔ)破壞：強(qiáng)風(fēng)和暴雨可能對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)產(chǎn)生沖刷或增加載荷，威脅基礎(chǔ)穩(wěn)定性。*葉片積冰：臺(tái)風(fēng)前后的低溫和濕冷天氣可能導(dǎo)致葉片結(jié)冰，增加重量，改變氣動(dòng)外形，引發(fā)劇烈振動(dòng)和疲勞損傷。4.提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在弱光條件下面板利用效率的常用方法：*使用高效率光伏電池技術(shù)：采用PERC、TOPCon、HJT等更先進(jìn)的光伏電池技術(shù)，提高電池在弱光下的轉(zhuǎn)換效率。*優(yōu)化電池片串并聯(lián)設(shè)計(jì)：通過優(yōu)化電組串?dāng)?shù)量和連接方式，減少串聯(lián)回路電阻損失，在弱光下提升組件輸出。*采用多晶硅或非晶硅電池：某些類型的光伏電池在弱光下的性能相對(duì)優(yōu)于單晶硅。*使用帶透鏡或反光鏡的聚光光伏系統(tǒng)（CSP）：雖然CSP主要適用于強(qiáng)光，但某些設(shè)計(jì)也能在一定程度上利用散射光。*改進(jìn)組件封裝：優(yōu)化封裝材料和工藝，減少內(nèi)部損耗，對(duì)弱光下的小電流捕獲更有利。五、計(jì)算題（1）散射輻射量=總輻射量*散射輻射比例=800W/m2*0.4=320W/m2。（2）計(jì)算步驟：a.標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的輸出功率密度=標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試輻照度*標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試效率=1000W/m2*20%=200W/m2。b.當(dāng)前實(shí)際輻照度=總輻射量*透過率*散射輻射比例=800W/m2*0.7*0.4+800W/m2*0.7*0.6=224W/m2+336W/m2=560W/m2。（注意：此步按題目給的比例簡(jiǎn)單疊加，實(shí)際散射計(jì)算更復(fù)雜。更準(zhǔn)確做法是散射輻射量乘以0.7，直接用總輻射量*0.7得到到達(dá)地面的總輻照度，再減去直射部分影響，但題目給比例已簡(jiǎn)化）更正計(jì)算（使用更直接的衰減概念）：當(dāng)前實(shí)際輻照度=總輻射量*透過率=800W/m2*0.7=560W/m2?；蛘呃斫鉃椋簩?shí)際有效輻射=總輻射*透明度=800*0.7=560W/m2。我們用這個(gè)560W/m2。c.溫度差=當(dāng)前環(huán)境溫度-標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度=25°C-25°C=0°C。d.溫度影響下的效率修正=1-溫度差*溫度系數(shù)=1-0*0.005=1。e.當(dāng)前實(shí)際輸出功率密度=實(shí)際輻照度*組件在當(dāng)前溫度下的效率=實(shí)際輻照度*(標(biāo)準(zhǔn)效率*溫度影響修正)=560W/m2*(20%*1)=560W/m2*20%=112W/m2。（注：此計(jì)算假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試輻照度為1000W/m2，且25°C時(shí)效率無變化。實(shí)際更復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件通常是2500W/m2，且25°C是P型電池效率峰值點(diǎn)附近，若為N型電池可能在25度非峰值，需看具體材料。此處按最簡(jiǎn)化和題目給定條件計(jì)算。）最終答案（基于簡(jiǎn)化模型）：當(dāng)前實(shí)際輸出功率密度約為112W/m2。六、論述題氣候變化對(duì)全球能源系統(tǒng)的主要影響及其應(yīng)對(duì)策略：氣候變化通過改變溫度、降水模式、極端天氣事件頻率和強(qiáng)度，對(duì)能源系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生廣泛而深刻的影響。主要影響包括：1.發(fā)電側(cè)：極端高溫導(dǎo)致電力需求激增，考驗(yàn)發(fā)電和輸配電系統(tǒng)的容量；高溫也加速設(shè)備老化，降低熱力發(fā)電（火電、核電）效率并增加維護(hù)成本；極端天氣（臺(tái)風(fēng)、暴雨、冰雹、干旱）可能損壞風(fēng)電、光伏等新能源設(shè)施及輸變電線路，影響能源供應(yīng)穩(wěn)定性和基礎(chǔ)設(shè)施安全；海平面上升威脅沿海能源設(shè)施。2.用電側(cè)：氣溫升高導(dǎo)致空調(diào)用電量顯著增加，改變用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)，對(duì)電網(wǎng)峰谷平衡提出更高要求；極端低溫同樣增加供暖需求。3.能源資源：水資源變化影響水電出力；海平面上升和海洋變暖可能影響近海油氣開采；部分地區(qū)可再生能源資源（如風(fēng)能、太陽能）可能發(fā)生變化。4.供應(yīng)鏈與基礎(chǔ)設(shè)施：極端天氣破壞能源運(yùn)輸通道（管道、線路）；氣候變化可能影響關(guān)鍵礦產(chǎn)（如鋰、鈷，用于電池）的供應(yīng)地。應(yīng)對(duì)策略：1.加速能源轉(zhuǎn)型：大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等可再生能源，提高非化石能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重，從源頭上減少溫室氣體排放。2.提升能源系統(tǒng)靈活性和韌性：增加儲(chǔ)能設(shè)施（物理儲(chǔ)能、抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能）配置，發(fā)展需求側(cè)響應(yīng)，提升