1、 第一节第一节 核能核能 第二节第二节 太阳能太阳能 第三节第三节 风能风能 第四节第四节 地热能地热能 第五节第五节 海洋能海洋能 第六节第六节 生物质能生物质能 第七节第七节 氢能氢能返回总目录“核能核能”来源于将核子来源于将核子(质子和中子质子和中子)保持保持在原子核中的一种非常强的作用力在原子核中的一种非常强的作用力核力。核力。核力和人们熟知的电磁力以及万有引力核力和人们熟知的电磁力以及万有引力完全不同，它是一种非常强大的短程作完全不同，它是一种非常强大的短程作用力。用力。当中子和质子形成原子核时，会放出能当中子和质子形成原子核时，会放出能量，这种能量称为该原子核的结合能。量，这种能量
2、称为该原子核的结合能。结合能的大小可以通过爱因斯坦的质能结合能的大小可以通过爱因斯坦的质能关系式求得：关系式求得：E=mc2 式中式中 E结合能结合能，J；m质量亏损，质量亏损，kg；c光速，光速，m/s；不同原子核俘获中子后得到的结合能不不同原子核俘获中子后得到的结合能不同。同。爱因斯坦的质能关系式爱因斯坦的质能关系式 当质量数小于当质量数小于60或大于或大于60的的原子核由于某原子核由于某种原因向质量种原因向质量数等于数等于60这个这个方向变换时，方向变换时，比结合能增大。比结合能增大。也就是说，在也就是说，在这样的变换中这样的变换中必定伴随着能必定伴随着能量的释放。量的释放。两种释放能量
3、的途径两种释放能量的途径 根据这一原理，核能的实际利用有两种根据这一原理，核能的实际利用有两种方法：一是目前已达到实用阶段的重核方法：一是目前已达到实用阶段的重核裂变方法，这就是核裂变反应堆的原理；裂变方法，这就是核裂变反应堆的原理；二是目前还处于研究试验阶段的轻核聚二是目前还处于研究试验阶段的轻核聚变方法，这就是核聚变反应的原理变方法，这就是核聚变反应的原理。核裂变反应核裂变反应 核裂变的核燃料核裂变的核燃料 核裂变的核燃料主要是铀。核裂变的核燃料主要是铀。核聚变的核燃料核聚变的核燃料 最容易实现的热核反应是氘最容易实现的热核反应是氘(dao)和氚和氚(chuan)聚合成氦的反应。聚合成氦的
4、反应。作为核燃料之一的氘，地作为核燃料之一的氘，地球上的储量特别丰富，每升海水中即含氘球上的储量特别丰富，每升海水中即含氘0.034 g，地球上有，地球上有151014亿吨海水，故海水中的氘亿吨海水，故海水中的氘含量即达含量即达450亿吨，因此几乎是取之不尽的。亿吨，因此几乎是取之不尽的。核裂变的核燃料主要是铀。天然铀通常核裂变的核燃料主要是铀。天然铀通常由由3种同位素构成：铀种同位素构成：铀-238，约占铀总量，约占铀总量的的99.3%；铀；铀-235，占铀的总量不到，占铀的总量不到0.7；还有极少量的铀还有极少量的铀-234。临时贮藏回收废物处理最终储存产生能量采矿转化浓缩核燃料制作核燃料
5、的循环核燃料的循环 核电站和火电站的主要区别是热源不同，核电站和火电站的主要区别是热源不同，而将热能转换为机械能，再转换成电能而将热能转换为机械能，再转换成电能的装置则基本相同。的装置则基本相同。火电站靠烧煤、石油或天然气来取得热火电站靠烧煤、石油或天然气来取得热量，而核电站则依靠反应推中的冷却剂量，而核电站则依靠反应推中的冷却剂将核燃料裂变链式反应所产生的热量带将核燃料裂变链式反应所产生的热量带出来。出来。火电站与核电站的区别火电站与核电站的区别 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能
6、量（约为其总辐射能量（约为3.75l026 W）的的22亿分之一，但已高达亿分之一，但已高达1.731017 W，换句，换句话说，太阳每秒钟辐射到地球上的能量话说，太阳每秒钟辐射到地球上的能量就相当于就相当于500万吨煤。万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；地球上的化石燃料从根本上源于太阳；地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。说也是远古以来贮存下来的太阳能。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无
7、需运它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素的影响密度低；二是其强度受各种因素的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。太阳能的有效利用。人类对太阳能的利用已有悠久历史。太人类对太阳能的利用已有悠久历史。太阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳能光利用。能光利用。太阳能热利用应用很广，如太阳能热水、太阳能热利用应用很广，如太阳能热水、供暖和制冷；太阳能干燥农副产品、药供暖和制冷；太阳
8、能干燥农副产品、药材和木材；太阳能淡化海水；太阳能热材和木材；太阳能淡化海水；太阳能热动力发电等。动力发电等。太阳能光利用主要是太阳能光伏发电和太阳能光利用主要是太阳能光伏发电和太阳能制氢。太阳能制氢。太阳是一个炽热的气态球体，它的直径太阳是一个炽热的气态球体，它的直径约为约为1.39106 km，质量约为，质量约为2.21019亿亿吨吨，为地球质量的，为地球质量的3.32105倍，体积则倍，体积则比地球大比地球大1.3106倍，平均密度为地球的倍，平均密度为地球的l4。其主要组成气体为氢（约。其主要组成气体为氢（约80%）和氦（约和氦（约19%）。由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的由于太阳内
9、部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量，温度也从中心向表面逐表面传递热量，温度也从中心向表面逐渐降低。渐降低。由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每能量的同时，每1 g质量将亏损质量将亏损0.0072 g。根据目前太阳产生核能的速率估算，其根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持氢的储量足够维持100亿年，因此太阳能亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。可以说是用之不竭的。太阳内部有太阳内部有“里三层里三层”，
10、从中心向外，从中心向外，依次是核反应区，这里是太阳热能产生依次是核反应区，这里是太阳热能产生的基地；辐射区，太阳能先通过这里传的基地；辐射区，太阳能先通过这里传播出去；对流区，太阳能经过这里向太播出去；对流区，太阳能经过这里向太阳表层传播，它们是阳表层传播，它们是“输送带输送带”。太阳结构示意图太阳结构示意图 太阳外部有太阳外部有“外三层外三层”。依次为光球层、。依次为光球层、色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮表面就是光球层，我们所见到太阳的可表面就是光球层，我们所见到太阳的可见光，几乎全是由光球发出的。光球层见光，几乎全是由光球发出的。光球层厚约厚约500
11、km，温度为，温度为5 762 K，密度为，密度为10-6 g/cm3，它是由强烈电离的气体组成，太，它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。的。太阳构造示意图太阳构造示意图 从太阳的构造可见，太阳并不是一个温从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用中，通常将它视为一个温度为能利用中，通常将它视为一个温度为 6 000 K，发射波长为，发射波长为0.33m的黑体。的黑体。太阳能集热器是把太阳辐射能转换
12、成热太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备，它是太阳能热利用中的关键能的设备，它是太阳能热利用中的关键设备。太阳能集热器按是否聚光这一主设备。太阳能集热器按是否聚光这一主要特征可以分为非聚光和聚光两大类。要特征可以分为非聚光和聚光两大类。平板集热器是非聚光类集热器中最简单平板集热器是非聚光类集热器中最简单且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。利用太阳的直射和漫射辐射。为了更有效地利用太阳能必须提高入射为了更有效地利用太阳能必须提高入射阳光的能量密度，使之聚焦在较小的集
13、阳光的能量密度，使之聚焦在较小的集热面上，以获得较高的集热温度，并减热面上，以获得较高的集热温度，并减少散热损失，这就是聚光集热器的特点。少散热损失，这就是聚光集热器的特点。聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、吸收器和跟踪系统。其工作原理是：自吸收器和跟踪系统。其工作原理是：自然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加热吸收器内流动的集热介质；跟踪系统热吸收器内流动的集热介质；跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置，以保证聚光器的开口面与人射太阳置，以保证聚光器的开口面与人射太阳辐射总是互相垂
14、直的。辐射总是互相垂直的。太阳能热利用太阳能热利用 太阳热水器于太阳热水器于20年代流行于美国的西南年代流行于美国的西南部地区。随着石油和电力价格的上升，部地区。随着石油和电力价格的上升，更有效率的太阳能热水器和太阳更有效率的太阳能热水器和太阳能热暖器亦随之产生。能热暖器亦随之产生。20世纪世纪70年代年代在澳大利亚、日本、以色列和前苏联就在澳大利亚、日本、以色列和前苏联就已普遍地使用。在美国北部，每平方公已普遍地使用。在美国北部，每平方公尺的太阳能热接收器，每尺的太阳能热接收器，每6个月可节省个月可节省30.5公升的热气用的汽油，或是公升的热气用的汽油，或是215kWh的电力。的电力。太阳能
15、热水器通常由平板集热器、蓄热太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热水箱和连接管道组成。按照流体流动的水箱和连接管道组成。按照流体流动的方式分类，可将太阳能热水器分成三大方式分类，可将太阳能热水器分成三大类：闷晒式、直流式和循环式。类：闷晒式、直流式和循环式。太阳能集热器工作原理图太阳能集热器工作原理图 太阳能采暖可以分为主动式和被动式两太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。主动式是利用太阳能集热器和相大类。主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。而被动（或热风）采暖系统中的锅炉。而被动式则是依靠建筑物结构本身充分
16、利用太式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因此它又称为阳能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太阳房。被动式太阳房。太阳房工作原理示意图太阳房工作原理示意图 近年来世界各国对太阳能干燥进行了许近年来世界各国对太阳能干燥进行了许多研究。太阳能干燥不但可以节约燃料，多研究。太阳能干燥不但可以节约燃料，缩短干燥时间，而且由于采用专门的干缩短干燥时间，而且由于采用专门的干燥室，因此干净卫生，必要时还可采用燥室，因此干净卫生，必要时还可采用杀虫灭菌措施，既可提高产品质量，又杀虫灭菌措施，既可提高产品质量，又可延长产品贮存时间。可延长产品贮存时间。太阳能干燥器按干燥器（或干燥室）获太阳
17、能干燥器按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为：集热器型干燥器，得能量的方式可分为：集热器型干燥器，温室型干燥器，集热器温室型干燥器。温室型干燥器，集热器温室型干燥器。地球上的水资源中，含盐的海水占了地球上的水资源中，含盐的海水占了97%，随着人口增加，大工业发展，使，随着人口增加，大工业发展，使得城市用水日趋紧张。为了解决日益严得城市用水日趋紧张。为了解决日益严重的缺水问题，海水淡化越来越受重视。重的缺水问题，海水淡化越来越受重视。世界上第一座太阳能海水蒸馏器是由瑞世界上第一座太阳能海水蒸馏器是由瑞典工程师威尔逊设计、典工程师威尔逊设计、1872年在北智利年在北智利建立的，面积为建立的，面
18、积为44 504 m2，日产淡水，日产淡水17.7吨吨。这座太阳能蒸馏海水淡化装置一。这座太阳能蒸馏海水淡化装置一直工作到直工作到1910年年。太阳能海水淡化装置中最简单的是池式太阳能海水淡化装置中最简单的是池式太阳能蒸馏器太阳能蒸馏器。还有另一类多效太阳能蒸馏器。它是一还有另一类多效太阳能蒸馏器。它是一种间接太阳能蒸馏器，主要由吸收太阳种间接太阳能蒸馏器，主要由吸收太阳能的集热器和海水蒸发器组成，并利用能的集热器和海水蒸发器组成，并利用集热器中的热水将蒸发器中的海水加热集热器中的热水将蒸发器中的海水加热蒸发。蒸发。在干旱的沙漠地带，将咸水淡化和太阳在干旱的沙漠地带，将咸水淡化和太阳能温室结合
19、起来非常有前途。能温室结合起来非常有前途。太阳能热动力发电一直是太阳能热利用的主要太阳能热动力发电一直是太阳能热利用的主要研究方向，根据太阳能热动力发电系统中所采研究方向，根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器的型式不同，该系统可以分为分散用的集热器的型式不同，该系统可以分为分散型和集中型两大类。分散型发电系统是将抛物型和集中型两大类。分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平
20、面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。地中心附近的高塔顶端的接受器上。太阳能热动力发电太阳能热动力发电 为了降低塔式太阳能热动力系统的投资，为了降低塔式太阳能热动力系统的投资，发展了一种太阳坑发电技术。它是在地发展了一种太阳坑发电技术。它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温它将太阳能聚焦到接受器，以
21、获得高温蒸汽。试验证实太阳坑发电的方案是可蒸汽。试验证实太阳坑发电的方案是可行的。由于其技术简单，成本低，有巨行的。由于其技术简单，成本低，有巨大的市场潜力。大的市场潜力。另一种有前途的太阳能热动力发电技术另一种有前途的太阳能热动力发电技术是太阳能烟囱发电。它是在一大片圆形是太阳能烟囱发电。它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。这种发电抽走，驱动风力透平机发电。这种发电装置简单可靠，在西班
22、牙已建有一座容装置简单可靠，在西班牙已建有一座容量为量为50 kW的试验电站。显然这种发电的试验电站。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部地区。方式非常适合于我国广大的西部地区。太阳能光利用最成功的是用光电转换太阳能光利用最成功的是用光电转换原理制成的太阳电池（又称光电池）。原理制成的太阳电池（又称光电池）。太阳电池太阳电池1954年诞生于美国贝尔实验室，年诞生于美国贝尔实验室，随后随后1958年被用作年被用作“先锋先锋1号号”人造卫星人造卫星的电源上了天。的电源上了天。太阳电池是利用半导体内部的光电效应，太阳电池是利用半导体内部的光电效应，当太阳光照射到一种称为当太阳光照射到一种称为“P
23、N结结”的的半导体上时，波长极短的光很容易被半半导体上时，波长极短的光很容易被半导体内部吸收，并去碰撞导体内部吸收，并去碰撞 硅原子中的硅原子中的“价电子价电子”使使“价电子价电子”获得能量变成获得能量变成自由电子而逸出晶格，从而产生电子流自由电子而逸出晶格，从而产生电子流动。动。太阳能电池结构原理图太阳能电池结构原理图 常用太阳电池按其材料可以分为：晶体硅电池、常用太阳电池按其材料可以分为：晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。单
24、太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。单位质量输出功率大，即可作小型电源，又可组位质量输出功率大，即可作小型电源，又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，太阳能汽车、太阳各行各业，走向千家万户，太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机都相继问能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机都相继问世，然而对人类最有吸引力的是所谓太空太阳世，然而对人类最有吸引力的是所谓太空太阳站。站。太空太阳电站的建立无疑将彻底改善世界的能太空太阳电站的建立无疑将彻底改善世界的能源状况，人类都期待这一天的到来。源状况，人类都期待这一天的到来。太阳光从
25、上而下照射大气层，使之升太阳光从上而下照射大气层，使之升温。又由于地球的自转和公转，地面温。又由于地球的自转和公转，地面附近各处受热不均，大气温差发生变附近各处受热不均，大气温差发生变化，引起空气流动。空气在水平方向化，引起空气流动。空气在水平方向上的流动就形成了风。上的流动就形成了风。由于风有一定的质量和速度，并且有由于风有一定的质量和速度，并且有一定温度，因此它具有能量。太阳辐一定温度，因此它具有能量。太阳辐射到地球的光能大约有射到地球的光能大约有2转变为风能。转变为风能。尽管如此，风能的数量依然很大。它尽管如此，风能的数量依然很大。它相当于全球目前每年耗煤能量的相当于全球目前每年耗煤能量
26、的1 000倍以上倍以上。中国是季风盛行的国家，风能资源量大中国是季风盛行的国家，风能资源量大面广。风能理论总储量约为面广。风能理论总储量约为161011W，可利用的风能资源约可利用的风能资源约2.51011W。据气。据气象部门多年观测资料，中国风能资源较象部门多年观测资料，中国风能资源较好的地区为东部沿海及一些岛屿；内陆好的地区为东部沿海及一些岛屿；内陆沿东北、内蒙古、甘肃至新疆一带，风沿东北、内蒙古、甘肃至新疆一带，风能资源也较丰富。平均风能密度能资源也较丰富。平均风能密度150300 W/m2，一年中有效风速超过，一年中有效风速超过3 m/s的的时间为时间为4 0008 000小时。小时
27、。风能利用历史悠久，风能利用历史悠久，我国是世界上最早利我国是世界上最早利用风能的国家之一。用风能的国家之一。风能是利用风力机将风能是利用风力机将风能转化为电能、热风能转化为电能、热能、机械能等各种形能、机械能等各种形式的能量，用于发电、式的能量，用于发电、提水、助航、致冷和提水、助航、致冷和致热等。致热等。风力发电通常有三种运行方式：一是独风力发电通常有三种运行方式：一是独立运行方式，它用蓄电池蓄能，以保证立运行方式，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式相结合；三是风力发电并入常规电方式相结合；三是风力发电并入常规电网运行。电网运行
28、。近十年来，全球的风电发展迅速，近十年来，全球的风电发展迅速，自自1995年以来，世界风能发电以年以来，世界风能发电以48.7的速的速率增长，即几乎增加近率增长，即几乎增加近5倍。去年年底全倍。去年年底全球装机容量球装机容量为为13 932 MW(5个半核电厂个半核电厂)，自自20世纪世纪90年代以来，全球风电的增长，年代以来，全球风电的增长，每年为每年为40(和行动电话的成长可比美和行动电话的成长可比美)，仅德国去年一年就装了仅德国去年一年就装了1 568 MW(半个半个核电厂核电厂)，超过了其他传统的发电总合。，超过了其他传统的发电总合。风机和风场风机和风场 风力泵水从古至今一直得到较普遍
29、的应风力泵水从古至今一直得到较普遍的应用。用。现代风力泵水机根据用途可以分为两类：现代风力泵水机根据用途可以分为两类：一类是高扬程小流量的风力泵水机，它一类是高扬程小流量的风力泵水机，它与活塞泵相配提取深井地下水，主要用与活塞泵相配提取深井地下水，主要用于草原、牧区，为人畜提供饮水；另一于草原、牧区，为人畜提供饮水；另一类是低扬程大流量的风力泵水机，它与类是低扬程大流量的风力泵水机，它与螺旋泵相配，提取河水、湖水或海水，螺旋泵相配，提取河水、湖水或海水，主要用于农田灌溉、水产养殖或制盐。主要用于农田灌溉、水产养殖或制盐。在机动船舶发展的今天，为节约燃油和在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航
30、速，古老的风帆助航也得到了发提高航速，古老的风帆助航也得到了发展。展。“风力致热风力致热”是将风能转换成热能。目前是将风能转换成热能。目前有三种转换方法：一是风力机发电，再有三种转换方法：一是风力机发电，再将电能通过电阻丝发热，变成热能；二将电能通过电阻丝发热，变成热能；二是由风力机将风能转换成空气压缩能，是由风力机将风能转换成空气压缩能，再转换成热能；三是将风力机直接转换再转换成热能；三是将风力机直接转换成热能。第三种方法致热效率最高。成热能。第三种方法致热效率最高。风力机又称风车，是一种将风能转换成风力机又称风车，是一种将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置。机械能、电能或热能的能量
31、转换装置。风力机的类型很多，通常将其分为水平风力机的类型很多，通常将其分为水平轴风力机、垂直轴风力机和特殊风力机轴风力机、垂直轴风力机和特殊风力机三大类。但应用最广的还是前两种类型三大类。但应用最广的还是前两种类型的风力机。的风力机。WTC型风力机内部结构示意图型风力机内部结构示意图 风能蕴藏量大，分风能蕴藏量大，分布广；不枯竭，可布广；不枯竭，可再生，无污染，是再生，无污染，是一种可就地利用而一种可就地利用而且干净的能源。且干净的能源。受地理环境、季节、昼夜等因素的影响，受地理环境、季节、昼夜等因素的影响，要充分、有效地利用风能比较困难，需要充分、有效地利用风能比较困难，需要综合运用高新技术
32、。就学科而言，它要综合运用高新技术。就学科而言，它涉及空气动力学、电机学、结构力学、涉及空气动力学、电机学、结构力学、材料学、气象学和控制论等。材料学、气象学和控制论等。我们人类居住的这个星球，很像是一个我们人类居住的这个星球，很像是一个巨大的巨大的“热水瓶热水瓶”，外凉内热，而且是，外凉内热，而且是越往里温度越高。人们把蕴藏于地球内越往里温度越高。人们把蕴藏于地球内部的热能称为部的热能称为“地热能地热能”。地球通过火。地球通过火山爆发和温泉外溢等途径，将其内部蕴山爆发和温泉外溢等途径，将其内部蕴藏的热能源源不断地输送到地面上来。藏的热能源源不断地输送到地面上来。现代人们常说的温泉，就是人类的
33、祖先现代人们常说的温泉，就是人类的祖先在很久以前就开始利用的一种地热能。在很久以前就开始利用的一种地热能。不过，人类对地热能的大规模开发利用，不过，人类对地热能的大规模开发利用，可以说现在才刚刚起步。因此地热能是可以说现在才刚刚起步。因此地热能是一种开发潜力很大的新型能源。一种开发潜力很大的新型能源。地热循环地热循环。它是反映以水为主体的对流水。它是反映以水为主体的对流水热系统。这种地热能分布较广，约占已热系统。这种地热能分布较广，约占已探明的热资源的探明的热资源的10%；其温度范围也很；其温度范围也很广，从接近于室温到高达广，从接近于室温到高达390。是指以蒸汽为主体的对流水热。是指以蒸汽为
34、主体的对流水热系统，以生产温度较高的过热蒸汽为主，系统，以生产温度较高的过热蒸汽为主，其中夹杂有少量的不凝结气体和少量的其中夹杂有少量的不凝结气体和少量的水水(有的不含水有的不含水)。这类地热能比较容易。这类地热能比较容易开发利用，但储量不多，仅占已探明的开发利用，但储量不多，仅占已探明的地热资源总量的地热资源总量的0.5%左右。左右。是指在高压下由深部地层提取。是指在高压下由深部地层提取含有可溶性甲烷含有可溶性甲烷(沼气沼气)的高盐分热水。的高盐分热水。它的温度约为它的温度约为150260；其储量较大，；其储量较大，约占已探明的地热资源的约占已探明的地热资源的20%。地压型。地压型地热能的开
35、发利用目前尚处于研究探索地热能的开发利用目前尚处于研究探索阶段。阶段。是反映地层深处广泛存在的。是反映地层深处广泛存在的不含水分（或含有少量蒸汽）的岩石。不含水分（或含有少量蒸汽）的岩石。它的温度约为它的温度约为150650；其储量更大，；其储量更大，约占已探明的地热资源总量的约占已探明的地热资源总量的30%。是埋藏部位最深的一种完全熔。是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩化的热熔岩(即岩浆即岩浆)，其温度高达，其温度高达6501 200。熔岩储存的热能比其他几种都。熔岩储存的热能比其他几种都多，约占已探明的地热资源总量的多，约占已探明的地热资源总量的40%。不过在开采这种地热能时，需要在火山
36、不过在开采这种地热能时，需要在火山地区打几千米深的钻孔，所冒的风险很地区打几千米深的钻孔，所冒的风险很大，因此这种地热能目前尚未得到实际大，因此这种地热能目前尚未得到实际开发利用。开发利用。目前世界上大约有目前世界上大约有120多个国家和地区，多个国家和地区，已经发现和开采的地热泉及地热井多达已经发现和开采的地热泉及地热井多达 7 500多处。对于地热能的开发利用，目多处。对于地热能的开发利用，目前主要是在采暖、发电、育种、温室栽前主要是在采暖、发电、育种、温室栽培和洗浴等方面。培和洗浴等方面。地热能的利用可分为地热能的利用可分为和和两大类。两大类。在在上，地热能可用于加热、干燥、上，地热能可
37、用于加热、干燥、制冷、脱水加工、提取化学元素、海水制冷、脱水加工、提取化学元素、海水淡化等方面。淡化等方面。在在上，地热能可用于温室育苗、上，地热能可用于温室育苗、栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年来又栽蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年来又栽培了咖啡、橡胶等热带经济作物。培了咖啡、橡胶等热带经济作物。在在方面，人们早就用地热矿泉方面，人们早就用地热矿泉水医治皮肤病和关节炎等，不少国家还水医治皮肤病和关节炎等，不少国家还设有专供沐浴医疗用的温泉。设有专供沐浴医疗用的温泉。
38、地热发电系统主要有四种：地热发电系统主要有四种：利用地热蒸汽推动利用地热蒸汽推动汽轮机运转，产生电能。本系统技术成汽轮机运转，产生电能。本系统技术成熟、运行安全可靠，是地热发电的主要熟、运行安全可靠，是地热发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。这种形式。地热蒸汽发电系统地热蒸汽发电系统也称有机工质朗肯循也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质，使环系统。它以低沸点有机物为工质，使工质在流动系统中从地热流体中获得热工质在流动系统中从地热流体中获得热量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮机旋转，带动发电机发电。
39、机旋转，带动发电机发电。双循环发电系统双循环发电系统本系统将地热井口的全本系统将地热井口的全部流体，包括所有的蒸汽、热水、不凝部流体，包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等，不经处理直接送进气体及化学物质等，不经处理直接送进全流动力机械中膨胀做功，其后排放或全流动力机械中膨胀做功，其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热流体的全部能量，但技术上有一用地热流体的全部能量，但技术上有一定的难度，尚在攻关。定的难度，尚在攻关。全流发电系统全流发电系统利用地下干热岩体发利用地下干热岩体发电的设想，是美国人莫顿和史密斯于电的设想，是美国人莫顿和史密斯于19
40、70年提出的。年提出的。1972年，他们在新墨西年，他们在新墨西哥州北部打了两口约哥州北部打了两口约4000米的深斜井，米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和俄罗的还有日本、英国、法国、德国和俄罗斯，但迄今尚无大规模应用。斯，但迄今尚无大规模应用。干热岩干热岩利用地热能来进行发电其好处很多：利用地热能来进行发电其好处很多：建造电站的投资少，通常低于水电站；建造电站的投资少，通常低于水电站；
41、发电成本比火电、核电及水电都低；发电成本比火电、核电及水电都低；发电设备的利用时间较长；发电设备的利用时间较长；地热能比较干净，不会污染环境；地热能比较干净，不会污染环境；发电用过的蒸汽和热水，还可以再加以发电用过的蒸汽和热水，还可以再加以利用，如取暖、洗浴、医疗、化工生产利用，如取暖、洗浴、医疗、化工生产等等。地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有悠久的历史。至今，天然温泉与人已有悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地下热水仍被人类广泛使用。工开采的地下热水仍被人类广泛使用。据联合国统计，世界地热水的直接利用据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过地热发
42、电。中国的地热水直接远远超过地热发电。中国的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。利用居世界首位，其次是日本。地热水的直接用途非常广泛，主要有采地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅温泉疗养保健等殖、旅温泉疗养保健等。地热供暖地热供暖地热务农地热务农地热养殖地热养殖 据估计，全世界地热资源总量相当于据估计，全世界地热资源总量相当于 4 948万亿吨标准煤，据不完全统计，我万亿吨标准煤，据不完全统计，我国已查明地热资源相当于国已查明地热资源相当于2 000万亿吨标万亿吨标准煤。西藏、云南、四川、广东、福建准煤。西藏、云南、四川
43、、广东、福建等地的温泉多达等地的温泉多达1 503处，占全国温泉总处，占全国温泉总数的数的61.3。在全国。在全国121个水温高于个水温高于80 的温泉中，云南，西藏占的温泉中，云南，西藏占62，广东、，广东、福建占福建占18.2，其他省区不足，其他省区不足15。我国地热资源的特点是类型较多，有近我国地热资源的特点是类型较多，有近期火山和岩浆活动类型；有把皱山区断期火山和岩浆活动类型；有把皱山区断裂构造类型；还有中新生代自流水盆地裂构造类型；还有中新生代自流水盆地类型。其形成主要受构造体系和地震活类型。其形成主要受构造体系和地震活动的影响，与火山活动密切相关。动的影响，与火山活动密切相关。根据
44、其形成的地质作用和赋存条件，可根据其形成的地质作用和赋存条件，可以划分为三种类型：以划分为三种类型：（1）火山或岩浆型地热资源；）火山或岩浆型地热资源；（2）盆地型中低温地热资源；）盆地型中低温地热资源；（3）断裂带型中低温地热资源。）断裂带型中低温地热资源。在在21世纪，一个个地热电站将屹立在世世纪，一个个地热电站将屹立在世界各地。地热带出的硫化氢被浓缩、提界各地。地热带出的硫化氢被浓缩、提炼成为制造硫酸和其他化工产品的原料。炼成为制造硫酸和其他化工产品的原料。地热水经过利用后，又成为清洁的水源地热水经过利用后，又成为清洁的水源供人们生产和生活使用，开拓了一条新供人们生产和生活使用，开拓了一
45、条新水源。水源。未来随着科学技术的发展和进步，一座未来随着科学技术的发展和进步，一座座活火山将成为一个个热电厂；一块块座活火山将成为一个个热电厂；一块块地震频发区，反而成为一个个地热开采地震频发区，反而成为一个个地热开采的中心；地热资源是地球奉献给人类的的中心；地热资源是地球奉献给人类的又一个能量宝库，有其不可估量的前途。又一个能量宝库，有其不可估量的前途。海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差、盐度差能等的存储量高达天文数字。差、盐度差能等的存储量高达天文数字。这些海洋能源都是取之不尽、用之不
46、竭这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。的可再生能源。海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。化，其他均源于太阳辐射。海洋能在海洋
47、总水体中的蕴藏量巨大，海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。能量，就得从大量的海水中获得。它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。再生，就会取之不尽，用之不竭。海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能
48、、盐度差能和海流能。稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。既不稳定又无规律的潮汐能与潮流能。既不稳定又无规律的是波浪能。是波浪能。海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。旦开发后，其本身对环境污染影响很小。因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐落及潮水流
49、动所产生的能量，称为潮汐能。潮汐能是以位能形态出现的海洋能，能。潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，凶涌而来的海水具有很大潮的过程中，凶涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转换为势能，在落潮的海水的巨大动能转换为势能，在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转换为动能。势能又转换为动能。潮起潮落所形成的水位差，即相邻高潮潮起潮落所形成的水位差
50、，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差不大，一或潮差。通常，海洋中的潮差不大，一般只有几十厘米至般只有几十厘米至1m左右。而在喇叭状左右。而在喇叭状海岸或河口的地区，其潮差就比较大。海岸或河口的地区，其潮差就比较大。据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有汐能约有27亿亿kW，若能把它充分利用起，若能把它充分利用起来，其每年的发电量可达来，其每年的发电量可达33 480万亿万亿kWh。无怪乎人们把巨大的潮汐能誉为。无怪乎人们把巨大的潮汐能誉为“蓝色的煤海蓝色的煤海”！潮汐能利用的主要方式是发
