《風(fēng)力發(fā)電》作業(yè)及期末復(fù)習(xí)題
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1、《風(fēng)力發(fā)電》視頻公開課 指導(dǎo)性題目一覽表 講次名稱 復(fù)習(xí)思考題 作業(yè)題 第一講:風(fēng)來風(fēng)去 具體解釋描述風(fēng)的主要性能參數(shù)有哪些? 指出自然風(fēng)形成的原因,并進(jìn)一步解釋“龍卷風(fēng)”、“臺風(fēng)”是如何形成的? 第二講:風(fēng)聲水起 結(jié)合風(fēng)電發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀,指出影響風(fēng)電發(fā)展的主要因素有哪些? 世界風(fēng)電發(fā)展的第三階段一一徘徊期出現(xiàn)的三個(gè)代表性特征是什么?簡要說明之。 第三講:電從風(fēng)中來 畫出風(fēng)力發(fā)電的物質(zhì)流示意圖標(biāo)明各部分名稱,并簡要進(jìn)行說明。 風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部有哪幾個(gè)主要部件?進(jìn)一步指出其作用。 第四講:風(fēng)電發(fā)展何處去 簡述風(fēng)電預(yù)測技術(shù)的重要性。 目前而言,制約我國風(fēng)電發(fā)展的主
2、要瓶頸問題有哪些? 第五講:風(fēng)力發(fā)電及其經(jīng)濟(jì)性 指出大中型風(fēng)電機(jī)組及小型風(fēng)電機(jī)組在選址時(shí)的主要區(qū)別。 解釋下面風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)概念:能量轉(zhuǎn)換效率、容量成本及平準(zhǔn)化電能成本。 第六講:風(fēng)力發(fā)電與環(huán)境 簡述風(fēng)力發(fā)電對環(huán)境的主要影響。 風(fēng)力發(fā)電主要受到哪些環(huán)境因素的影響,并簡要指出主要的防制措施。 第七講:風(fēng)頭正勁一談海上風(fēng)力發(fā)電 海上風(fēng)力發(fā)電在基礎(chǔ)施工及運(yùn)輸、安裝方面的關(guān)鍵性技術(shù)有哪些? 簡述海上風(fēng)的主要特點(diǎn)。 第八講:風(fēng)行獨(dú)立一談獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電 試闡述評價(jià)風(fēng)電與柴油發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 風(fēng)電、光電及柴油發(fā)電三者互補(bǔ)運(yùn)行所適用的狀況有哪些?并示意畫出一個(gè)風(fēng)光柴互補(bǔ)
3、運(yùn)行的系統(tǒng)圖標(biāo)示各部分名稱。 第九講:風(fēng)行垂直軸—談垂直軸風(fēng)電機(jī)組 簡述垂直軸風(fēng)電機(jī)組的主要優(yōu)勢。 分別以“”型及“①”型機(jī)組為例,解釋阻力型及升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電的基本工作原理。 第十講:乘風(fēng)前行 舉例并簡要說明何未來風(fēng)電發(fā)展的“抓大抓小”? 何謂分布式風(fēng)電系統(tǒng)?并指出其優(yōu)點(diǎn)在哪些? 能源與動(dòng)力工程系 熱工及風(fēng)能教研室衛(wèi)運(yùn)鋼 復(fù)習(xí)思考題 一、具體解釋描述風(fēng)的主要性能參數(shù)有哪些?答:風(fēng)速、風(fēng)向以及風(fēng)能等等;風(fēng)速——是指單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)的水平移動(dòng)距離,從時(shí)間上看有瞬時(shí)風(fēng)速和平均風(fēng)速之分,用風(fēng)速儀測量。風(fēng)向——是指風(fēng)吹來的方向,一般常用風(fēng)向儀來測定風(fēng)向。 風(fēng)能——
4、是指風(fēng)所具有的能量,也就是指風(fēng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能,應(yīng)用上常用風(fēng)壓風(fēng)功率等來表示。影響風(fēng)能的主要參數(shù)有:風(fēng)速、風(fēng)掠面積和風(fēng)密度等等。 二、結(jié)合風(fēng)電發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀,指出影響風(fēng)電發(fā)展的主要因素有哪些?答:1、政策導(dǎo)向,這里能源供應(yīng)和能源安全問題七決定性作用; 2、技術(shù)支撐,空氣動(dòng)力學(xué)理論、材料、機(jī)械、電氣電子和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)成果被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電,極大的提高了風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性; 3、環(huán)境壓力,煤、石油天然氣等化石燃料的燃燒和利用存在著嚴(yán)重的環(huán)境污染,并影響全球氣候的變化,這些一引起了人們對環(huán)境保護(hù)的重視,成為了推動(dòng)風(fēng)電發(fā)展的新動(dòng)力; 4、社會(huì)力量,清潔能源、綠色能源等已逐漸被
5、人們關(guān)注,越來越多的企業(yè)乃至個(gè)人投身到風(fēng)電事業(yè)當(dāng)中,與政府一道形成了風(fēng)電發(fā)展的合力。 三、畫出風(fēng)力發(fā)電的物質(zhì)流示意圖(標(biāo)明各部分名稱),并簡要進(jìn)行說明。 四、簡述風(fēng)電預(yù)測技術(shù)的重要性。 答:風(fēng)電預(yù)測技術(shù)一般分為兩部分內(nèi)容,一是風(fēng)資源的測量與評估,另一部分是風(fēng)電場所發(fā)出電的預(yù)測與預(yù)報(bào),由于風(fēng)電的發(fā)展?jié)摿υ诤艽蟪潭壬鲜怯僧?dāng)?shù)氐奈锢憝h(huán)境所決定的,所以提高風(fēng)電場更廣大范圍內(nèi)風(fēng)力認(rèn)知才是根本,我們根據(jù)風(fēng)資源來建立風(fēng)電場,再結(jié)合風(fēng)資源和風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀況來預(yù)測電能產(chǎn)出,才能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場和電網(wǎng)的相約對接,所以風(fēng)電預(yù)測技術(shù)非常重要。 r一—I啦弋勺—:血就r/ 、型風(fēng)電機(jī)組在選址時(shí)的主要區(qū)別。茨-
6、營 一是風(fēng)能資源與氣象條件,風(fēng)能資源是風(fēng)力發(fā)電的首要條件,而氣象條件是必要條件,風(fēng)電機(jī)組應(yīng)該選擇在風(fēng)能資源豐富且氣象災(zāi)害較小的地域進(jìn)行安裝?!? 二是地形、地物及地質(zhì)條件,地形方面包括山地、丘陵和谷底等等,地物方面如草地、森林和建筑物等等,這兩個(gè)方面主要影響當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速、風(fēng)向,地質(zhì)條件則是關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的根基,維系整個(gè)機(jī)組的安全。 三是交通條件,應(yīng)該保證聯(lián)絡(luò)方便,不僅有利于機(jī)組安裝、運(yùn)輸及維護(hù)而且也有利于用戶接入電力,減少損耗。 2大中型風(fēng)電機(jī)組f1—1 一是測風(fēng)更嚴(yán)格,對于大中型風(fēng)電機(jī)組來說,風(fēng)能資源的準(zhǔn)確測量與評估尤為重要; 二是布局更講究,若布置不合理將直接影響風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性與安
7、全性, 三是考慮更周全,比如距離電網(wǎng)應(yīng)該較近,這樣有利于減少電能的損耗和方便運(yùn)輸電能,以及風(fēng)電場送入電網(wǎng)的最大功率與電網(wǎng)總裝機(jī)容量比例不能太大,風(fēng)電場必須遠(yuǎn)離具名區(qū)一般在50米0以上,一減少對居民的影響等等。 六、簡述風(fēng)力發(fā)電對環(huán)境的主要影響。答:1、對植被,土壤等的破壞 2、對大氣環(huán)境的影響 3、噪聲污染 4、電磁感擾 5、公共安全影響 6、對鳥類、地面動(dòng)物的影響等等 七、海上風(fēng)力發(fā)電在基礎(chǔ)施工及運(yùn)輸、安裝方面的關(guān)鍵性技術(shù)有哪些? 答:1、海上風(fēng)力發(fā)電在基礎(chǔ)同時(shí)具有海洋結(jié)構(gòu)工程、高聳結(jié)構(gòu)工程以及動(dòng)力設(shè)備工程。 2、海上風(fēng)力發(fā)電在運(yùn)輸、安裝方面,與陸地風(fēng)電機(jī)組相比,海上風(fēng)力
8、發(fā)電機(jī)組由于功率較大,所以重量也較大,因此需要專門的大型設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸與安裝(如安裝船),海上風(fēng)電專門的運(yùn)輸及安裝設(shè)備的研發(fā)與制造時(shí)我們應(yīng)該著力解決的問題,同時(shí)要采取措施應(yīng)對復(fù)雜的海洋環(huán)境。 八、試闡述評價(jià)風(fēng)電與柴油發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 答:1、節(jié)油率,我們采用互補(bǔ)運(yùn)行方式的最終目的就是要節(jié)省柴油,因此節(jié)油率是判斷系統(tǒng)是否先進(jìn)的一個(gè)重要指標(biāo)。 2、可靠性,為了從分利用風(fēng)能節(jié)省柴油,風(fēng)電機(jī)組在整個(gè)互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)中的容量會(huì)超過50,%但是因?yàn)轱L(fēng)電的不穩(wěn)定性和不可靠性可能對系統(tǒng)造成沖擊互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)如何承受沖擊,保持電能輸出的穩(wěn)定性和可靠性,是判斷系統(tǒng)是否成功的技術(shù)關(guān)鍵。 3、經(jīng)濟(jì)性,我們
9、單靠節(jié)油率判斷經(jīng)濟(jì)性的好和壞實(shí)際上是不夠全面的應(yīng)該考察最終總的發(fā)電成本,一個(gè)大致的結(jié)論應(yīng)該是節(jié)油率高了,系統(tǒng)運(yùn)行又可靠,總的發(fā)電成本還比較低,那么這個(gè)互補(bǔ)系統(tǒng)應(yīng)該是良好地系統(tǒng)。 九、簡述垂直軸風(fēng)電機(jī)組的主要優(yōu)勢。 答:第一、葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)及其風(fēng)能利用系數(shù) 目前垂直軸風(fēng)電機(jī)組由于優(yōu)化了葉片設(shè)計(jì),其風(fēng)能利用系數(shù)隨之提高; 第二、機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其受力情況 垂直軸風(fēng)輪機(jī)組結(jié)構(gòu)決定其可以接受任何方向的來風(fēng),不存在對風(fēng)損失,而且風(fēng)輪受力比較均衡,除了受風(fēng)載荷之外所受重力一旋轉(zhuǎn)離心力方向不變,是一個(gè)較為恒定的載荷,因此風(fēng)輪葉片的疲勞壽命相對長一些,此外,也為風(fēng)電機(jī)組向大容量方向發(fā)展創(chuàng)造條件,而且垂直
10、軸風(fēng)電機(jī)組有良好的適應(yīng)性以及發(fā)電機(jī)安裝位置等優(yōu)勢。 第三、低風(fēng)速啟動(dòng)性能 垂直軸風(fēng)電機(jī)組的低風(fēng)速利用潛力也較大; 第四、環(huán)境保護(hù)方面主要體現(xiàn)在噪聲以及對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)特別是對鳥類的影響,相比較而言,水平軸機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較大,所產(chǎn)生的空氣流動(dòng)性噪聲也大,而且齒輪箱等設(shè)備的機(jī)械性噪聲也較突出,從而鳥類也容易避讓,所以垂直軸風(fēng)輪機(jī)組的應(yīng)用范圍會(huì)大大增加。 十、舉例并簡要說明何謂風(fēng)電發(fā)展的“抓大抓小”?答:一、利用高風(fēng)速的同時(shí),更要挖掘低風(fēng)速利用的潛力。 1、開發(fā)高風(fēng)速領(lǐng)域,利用這些領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)豐富的風(fēng)能資源,可以多發(fā)電。 2、提高高風(fēng)速的風(fēng)能利用率,同樣可以多發(fā)電,主要表現(xiàn)為高空風(fēng)力發(fā)電和深海風(fēng)力
11、發(fā)電。 二、發(fā)展大風(fēng)電的同時(shí),也要重視中小風(fēng)電的發(fā)展。 1關(guān)于低風(fēng)速的利用,對垂直軸風(fēng)電機(jī)組特別是阻力型以及“”升力型垂直軸機(jī)組,七低風(fēng)速啟動(dòng)性能優(yōu)于水平軸,這說明垂直軸風(fēng)電機(jī)組的低風(fēng)速利用潛力也比較的大; 2、關(guān)于低風(fēng)速的利用,磁懸浮技術(shù)也引起了高度重視,磁懸浮技術(shù)將使風(fēng)電機(jī)組低風(fēng)速利用的能力進(jìn)一步加強(qiáng),并且能有效的提高能量轉(zhuǎn)化效率。 作業(yè)題 一、指出自然風(fēng)形成的原因,并進(jìn)一步解釋“龍卷風(fēng)”、“臺風(fēng)”是如何形成的?答:1、溫度差和地球自轉(zhuǎn),溫度差將導(dǎo)致氣壓差,地球自轉(zhuǎn)將產(chǎn)生所謂的科氏力這兩個(gè)方面的共同作用就形成的自然風(fēng)。直觀上看,空氣的流動(dòng)過程叫做風(fēng)。由于太陽的輻射使自然界有了冷暖
12、之分,不同地區(qū)接受太陽能的輻射的能量是不同的,因此有地區(qū)冷暖之分,冷暖溫度的不均勻會(huì)導(dǎo)致空氣密度的不均勻,從而氣壓力不一樣,氣壓力差將推動(dòng)空氣從高壓側(cè)流向低壓側(cè),就形成了自然風(fēng)。 2、龍卷風(fēng)常在雷雨云中形成,由于雷雨云層的和上部的溫度差較大,氣壓力差的作用下風(fēng)就產(chǎn)生了,在科氏力的作用以及雷雨云層當(dāng)中的若干擾動(dòng)就會(huì)形成一個(gè)猛烈旋轉(zhuǎn)的空氣柱,這樣就形成龍卷風(fēng)。 臺風(fēng)是繞著自身中心急速旋轉(zhuǎn)而又向前移動(dòng)的空氣漩渦, 二、世界風(fēng)電發(fā)展的第三階段——徘徊期出現(xiàn)的三個(gè)代表性特征是什么?簡要說明之。答:1、第二次世界大戰(zhàn)剛剛結(jié)束的頭幾年,人們對風(fēng)電發(fā)展的認(rèn)識不足,使風(fēng)電發(fā)展放緩了,雖然一些國家的風(fēng)力機(jī)使
13、風(fēng)力發(fā)電有了一定程度的發(fā)展,但由于石油價(jià)格的降低從而帶動(dòng)其他化石燃料低走,使得火力發(fā)電的成本降低,風(fēng)力發(fā)電由此停滯不前。 2、20世紀(jì)70年代,197年3和197年8的兩次全球性石油危機(jī),使其大幅度上漲,從而引發(fā)了世界各國對風(fēng)力發(fā)電的等可再生能源的高度重視,從而拉開了大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的序幕。 三、風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部有哪幾個(gè)主要部件?進(jìn)一步指出其作用。答:1、主傳動(dòng)部分——是將風(fēng)輪所捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能在傳遞給發(fā)電機(jī)使其發(fā)電,起到傳遞能量的重要作用;2、發(fā)電系統(tǒng)——發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)、變流器等,其中發(fā)電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律將主傳動(dòng)部件傳遞過來的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,變流器是能夠?qū)崿F(xiàn)電流的交-
14、直-交變換,從而對電能的有效控制和變換; 3、偏航系統(tǒng)——通過與控制系統(tǒng)相配合可以調(diào)整機(jī)艙的方向,從而使風(fēng)輪始終與風(fēng)向相垂直處于迎風(fēng)狀態(tài),從而可以最大限度的獲得風(fēng)能; 4、制動(dòng)系統(tǒng)——對風(fēng)電機(jī)組起到很重要的安全保護(hù)作用 5、控制系統(tǒng)——是他的指揮調(diào)度中心和安全保護(hù)中心 四、目前而言,制約我國風(fēng)電發(fā)展的主要瓶頸問題有哪些?答:1、風(fēng)力發(fā)電本身瓶頸問題,主要表現(xiàn)為技術(shù)制約,主要有能量轉(zhuǎn)換效率、風(fēng)電預(yù)測技術(shù)、風(fēng)電上網(wǎng)、以及風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)(風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù),由于國內(nèi)在控制硬件或是控制軟件方面的產(chǎn)業(yè)化都相當(dāng)弱,只能靠引進(jìn)國外的核心技術(shù)活購置核心產(chǎn)品,因此控制系統(tǒng)的依賴性也是制約我國風(fēng)電發(fā)展
15、的主要瓶頸); 2、風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸問題; 3、國家產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下的電力市場瓶頸問題,主要表現(xiàn)為政策制約。 五、解釋下面風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)概念:能量轉(zhuǎn)換效率、容量成本及平準(zhǔn)化電能成本。答:1、能量轉(zhuǎn)換效率是反映從風(fēng)能開始到上網(wǎng)電能之間能量利用程度的指標(biāo)。2、容量成本是指風(fēng)電場每單位千瓦時(shí)容量的造價(jià),可以衍生出風(fēng)電機(jī)組本身的容量成本。3、平準(zhǔn)化電能成本是扣除了任何補(bǔ)貼和政策優(yōu)惠情況下的度電成本,(度電成本是指在風(fēng)電場設(shè)備使用期間沒生產(chǎn)1度電所需要的發(fā)電總成本)。 六、風(fēng)力發(fā)電主要受到哪些環(huán)境因素的影響,并簡要指出主要的防制措施。 答:一、雷擊破壞1、外部防雷,主要防止直擊雷,安裝葉片接
16、閃器到葉片內(nèi)腔引線再到葉片根部再到機(jī)艙主機(jī)架再到專設(shè)塔架引下線最后引入大地。需迅速將雷擊電流引入大地并盡量減少雷電導(dǎo)入設(shè)備的電流等。 2、內(nèi)部防雷,主要防止感應(yīng)雷,一般是進(jìn)行設(shè)備之間的等電位連接并加強(qiáng)設(shè)備的過電壓保護(hù)等。二、沙塵、雨雪、冰雹甚至鹽霧以及水土壤等的腐蝕一般采用涂層保護(hù)并做好相關(guān)部件的密封保護(hù),盡量減少與腐蝕環(huán)境的接觸機(jī)會(huì)。 三、低溫環(huán)境的影響1、必要時(shí)采取內(nèi)低溫材料,還可以采用局部加熱的裝置;2、對于承載部件的低溫疲勞問題,則需要提高焊接結(jié)束,加強(qiáng)探傷檢測等等。 四、海上風(fēng)力發(fā)電還必須承受海浪沖刷以及海上物體的撞擊風(fēng)險(xiǎn),此外,還有臺風(fēng)破壞,。 1、對于臺風(fēng)破壞,臺風(fēng)預(yù)報(bào)與
17、預(yù)警工作必須加強(qiáng),同時(shí)還需要對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行加強(qiáng)性防御設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì),并配置備用電源等等以提高機(jī)組抗臺風(fēng)能力,防止臺風(fēng)影響進(jìn)一步擴(kuò)大。 2、對于海浪沖刷及海上物體的撞擊風(fēng)險(xiǎn)通過提高設(shè)計(jì)度,加強(qiáng)機(jī)組的抗沖刷能力,設(shè)計(jì)防撞承臺,采用基礎(chǔ)護(hù)套及設(shè)置漂浮式整體防撞欄等等。 七、簡述海上風(fēng)的主要特點(diǎn)。答:1、高風(fēng)速、高產(chǎn)出與陸地相比,海上風(fēng)能資源豐富,不僅風(fēng)速高而且風(fēng)向比較穩(wěn)定,還很少有靜風(fēng)期,因此能夠更加有效地利用風(fēng)電機(jī)組的容量,為大功率風(fēng)電機(jī)組的利用提供條件。 2、海上風(fēng)的風(fēng)切變小,湍流度低。3、不占用陸地面積,對人類活動(dòng)影響比較小。 八、風(fēng)電、光電及柴油發(fā)電三者互補(bǔ)運(yùn)行所適用的狀況有哪些?
18、并示意畫出一個(gè)風(fēng)-光-柴互補(bǔ)運(yùn)行的系統(tǒng)圖(標(biāo)示各部分名稱)。答:1、太陽能、風(fēng)能資源都比較豐富,但是互補(bǔ)性較差;2、太陽能和風(fēng)能互補(bǔ)性較好,倒是他們的資源總量都不足。
5 19、旋轉(zhuǎn)
型。
①”型機(jī)組為例,解釋阻力型及升力型垂直車軸風(fēng)力I發(fā)電的基本工作原理。
…--'”型,并在旋
專中心處有一部分重疊
i圓形凹面所受的助力大于凸面,,在壓力差作用?亠:i相比于其他形狀的葉片半―
到'枚’單個(gè)葉片的整為對稱結(jié)構(gòu)的翼型。....
是風(fēng)電機(jī)組主要利用的是風(fēng)繞流風(fēng)輪葉片時(shí)所產(chǎn)生的升力來使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn),再進(jìn)一步發(fā)電就是升力
,半
機(jī)組之所以制作成兩個(gè)半可,半凹圓筒面都能接受
一根柔軟的繩子按一定角速度繞兩端固定點(diǎn)做垂直
“①”型機(jī)組葉片截面一般為對稱結(jié)構(gòu)的翼型,各個(gè)葉片所受到的繞流升力使得葉片向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),因?yàn)椤阿佟毙蜋C(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)的圓周速度較大,使得各葉片的迎風(fēng)角速度,也就是攻角較小,因此一般不會(huì)出現(xiàn)升力突然減小的失速現(xiàn)象,從而接受風(fēng)繞流阻力的作用而使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
十、何謂分布式風(fēng)電系統(tǒng)?并指出其優(yōu)點(diǎn)在哪些?答:所謂的分布式風(fēng)電系統(tǒng),就是在用戶現(xiàn)場或靠近現(xiàn)場附近,布置一些中小型風(fēng)電機(jī)組,來滿足特定用戶的需求。
優(yōu)點(diǎn):因?yàn)椴捎梅植际较到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)分散式接入和分散式控制,方便安全、可靠性比較高,作為集中式供電系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。分布式風(fēng)電系統(tǒng)可彌補(bǔ)大電網(wǎng)在遠(yuǎn)距離供電,以及安全性穩(wěn)定性等方面的不足。
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