第一節 地熱的熱利用
中低溫地熱的直接利用在我國非常廣泛，已利用的地熱點有1300多處，地熱采暖麵積達800多萬平方米，地熱溫室、地熱養殖和溫泉浴療也有了很大的發展。
地熱供暖主要集中在我國的北方城市，其基本形式有兩種：直接供暖和間接供暖。直接供暖就是以地熱水為工質供熱，而間接供暖是利用地熱熱水加熱供熱介質再循環供熱。地熱水供暖方式的選擇主要取決於地熱水所含元素成分和溫度，間接供暖的初投資較大（需要中間換熱器），並由於中間熱交換增加了熱損失，這對中低溫地熱來說會大大降低供暖的經濟性，所以一般間接供暖用在地熱水質差而水溫高的情況，限製了其應用場合。
地熱水從地熱井中抽出直接供熱，係統設備簡單，基建、運行費少，但地熱水不斷被廢棄，當大量開采時會使水位由於補給不足而逐年下降，局部形成水漏鬥，深井越打越深，還會造成地麵沉降的嚴重後果，所以直接使用地熱水有諸多弊端。研究成果表明，地熱水直接利用係統的水量利用率隻有34％，而熱量利用率隻有18％，排入水體的地熱水會造成熱汙染和其他汙染。為了保護水資源和節約能源，保護生態環境，保證經濟可持續發展，解決合理開采利用地熱水問題刻不容緩。
采用有熱泵和回灌的新係統，綜合利用地熱水的熱能用於供暖和熱水供應，可以有效解決這一問題。近年來，地熱熱泵技術在我國的研究和應用受到重視，有著廣闊的市場前景。合理利用地源熱泵技術，可實現不同溫度水平的地熱資源的高效綜合利用，提高空調供熱的經濟性。
熱泵分為空氣源熱泵（利用空氣作冷熱源的熱泵）和水源熱泵（利用水作冷熱源的熱泵）。地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源把熱從低溫端提到高溫端的設備，是利用水源熱泵的一種形式。它是利用了水與地能進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，是一種既可供熱又可製冷的高效節能空調係統。冬季時，地源熱泵把地能中的熱量取出來，供給室內采暖。此時地能為熱源；夏季時，地源熱泵把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中。此時地能為冷源。通常，地源熱泵消耗1千瓦的能量可為用戶帶來4千瓦以上的熱量或冷量。
地源熱泵具有下麵一些特點。
（1）節能效率高。地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源。這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調係統運行效率高出40％，因此達到了節能和節省運行費用的目的。
（2）可再生循環。地源熱泵是利用地球表麵淺層地熱資源（通常小於400m深）作為冷熱源而進行能量轉換的供暖空調係統。地表淺層地熱資源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能或地熱能而蘊藏的低溫位熱能，不受地域、資源等限製，量大麵廣、無處不在。這種儲存於地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為一種清潔的可再生能源。
（3）應用範圍廣泛。地源熱泵係統可用於采暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套係統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或係統。該係統可應用於賓館、商場、辦公樓、學校等建築，更適合於別墅住宅的采暖、空調。
第二節 地熱發電
世界上最早利用地熱發電的國家是意大利。1812年意大利就開始利用地熱溫泉提取硼砂，並於1904年建成了世界上第一座80千瓦的小型地熱試驗電站。
到目前為止，世界上約有32個國家先後建立了地熱發電站，總容量已超過800萬千瓦，其中美國有281.7萬千瓦；意大利有151.8萬千瓦；日本有89.5萬千瓦；新西蘭有75.5萬千瓦；中國有3.08萬千瓦。單機容量最大的是美國蓋伊塞地熱站的11號機，為10.60萬千瓦。
隨著全世界對潔淨能源需求的增長，將會更多地使用地熱資源，特別是在許多發展中國家地熱資源尤為豐富。據預測，今後世界上地熱發電將有相當規模的發展，全世界發展中國家理論上從火山係統就可取得8000萬千瓦的地熱發電量，具有很大的發展潛力。
我國進行地熱發電研究工作起步較晚，始於20世紀60年代末期。1970年5月首次在廣東豐順建成第一座設計容量為86千瓦的擴容法地熱發電試驗裝置，地熱水溫度91℃，廠用電率為56％。隨後又相繼建成江西溫湯、山東招遠、遼寧營口、北京懷柔等地熱試驗電站共11座，容量大多為幾十至一兩百千瓦。
采用的熱力係統有擴容法和中間介質法兩種（均屬於中低溫地熱田）。到目前為止，我國最大的西藏羊八井地熱電站一直在安全穩定運行。
科學家們根據不同類型的地熱資源的特點，經過較長時間的理論和試驗研究，確立了三類多種地熱發電站的熱力係統，現分述如下。
1.地熱蒸汽發電熱力係統。地熱井中的蒸汽經過分離器除去地熱蒸汽中的雜質（10um及以上）後直接引入普通汽輪機做功發電。適用於高溫（160℃以上）地熱田的發電，係統簡單，熱效率為10％～15％，廠用電率12％左右。
2.擴容法地熱水發電熱力係統。根據水的沸點和壓力之間的關係，把地熱水送到一個密閉的容器中降壓擴容，使溫度不太高的地熱水因氣壓降低而沸騰，變成蒸汽。由於地熱水降壓蒸發的速度很快，是一種閃急蒸發過程，同時地熱水蒸發產生蒸汽時它的體積要迅速擴大，所以這個容器叫做“擴容器”或“閃蒸器”，用這種方法產生蒸汽來發電就叫擴容法地熱水發電。這是利用地熱田熱水發電的主要方式之一，該方式分單級擴容法係統和雙級（或多級）擴容法係統。係統原理：擴容法是將地熱井口來的中溫地熱汽水混合物，先送到擴容器中進行降壓擴容（又稱閃蒸）使其產生部分蒸汽，再引到常規汽輪機做功發電。擴容後的地熱水回灌地下或作其他方麵用途。適用於中溫（90～160℃）地熱田發電。
①單級擴容法係統。單級擴容法係統簡單，投資低，但熱效率較低（一般比雙級擴容法係統低20％左右），廠用電率較高。
②雙級擴容法係統。雙級擴容法係統熱效率較高，廠用電率較低。但係統複雜，投資較高。
3.中間介質法地熱水電熱力係統。又叫熱交換法地熱發電，這種發電方式不是直接利用地下熱水所產生的蒸汽進入汽輪機做功，而是通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點介質，使之變為氣體去推動汽輪機發電，這是利用地熱水發電的另一種主要方式。
係統原理：在蒸發器中的地熱水先將低沸點介質（如氟利昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷、氯丁烷）加熱使之蒸發為氣體，然後引到普通汽輪機做功發電。排氣經冷凝後重新送到蒸發器中，反複循環使用。適用於充分利用低溫（50～100℃）地熱田發電。
該方式分單級中間介質法係統和雙級（或多級）中間介質法係統。
①單級中間介質法係統。單級中間介質法係統簡單，投資少，但熱效率低（比雙級低20％左右），對蒸發器及整個管路係統嚴密性要求較高（不能發生較大的泄漏），還要經常補充少量中間介質。一旦發生泄漏，對人體及環境將會產生危害和汙染。
②雙級（或多級）中間介質法係統。雙級（或多級）中間介質法熱力係統熱效率高，但係統複雜、投資高，對蒸發器及整個管路係統嚴密性要求較高，也存在防泄漏和經常需補充中間介質的問題。
第三節 何謂海洋能
我們生活的地球表麵積約為5.1×108km2，其中陸地表麵積為1.49×108km2，占29％；海洋麵積達3.61×108km2，占71％。以海平麵計，全部陸地的平均海拔約為840m，而海洋的平均深度卻為380m，整個海水的容積多達1.37×109km3。浩瀚無邊的海洋彙集了97％的水量，不僅為人類提供航運、水產和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量。隨著陸地資源的不斷消耗，人類賴以生存與發展的能源，將越來越依賴於海洋。我國大陸的海岸線長達1.8萬km，海域麵積470多萬km2，海洋能資源非常豐富。通常海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海洋溫差能、海洋鹽差能和海流能。其中潮汐能是一種利用水位變化所產生的位能及水流所產生的動能（潮流能）而獲得的一種有效能源；波浪能是指海洋表麵波浪所具有的動能和勢能；海洋溫差能是利用深部海水與表麵海水的溫度差產生有用的能源；海洋鹽差能是利用兩處含鹽分高與含鹽分低的海流，混合產生滲透壓作為動力而產生的能源；海流能是利用高速度的洋流或潮流帶動，結合水車、推進器及降落傘狀物的水中電廠而將其轉換為有用的能源。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風能、海洋表麵的太陽能以及海洋生物質能等。潮汐能和潮流能來源於太陽和月亮對地球的引力變化，其他形式的海洋能基本上源於太陽輻射。海洋能源按儲存形式又可分為機械能、熱能和化學能。其中，潮汐能、海流能和波浪能為機械能，潮汐的能量與潮差大小和潮量成正比。波浪能量的大小與波高的平方和波動水域麵積成正比。海水溫差能為熱能，海水鹽差能為化學能。
海洋能具有自身顯著的特點。
①蘊藏量大且可以再生利用。海洋能來源於太陽輻射能與天體間的萬有引力，隻要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。
②能流的分布不均且密度低，大洋表麵層與500m～1000m深層之間的較大溫差僅20℃左右，沿岸較大潮差約7m～10m，而近海較大潮流、海流的流速也隻有4km～7km。
③海洋能有較穩定與不穩定能源之分。較穩定的為溫度差能、鹽度差能和海流能；不穩定能源分為變化有規律與變化無規律兩種。屬於不穩定但變化有規律的有潮汐能與潮流能；既不穩定又無規律的是波浪能。
④海洋能屬於清潔能源，其本身對環境汙染影響很小。海洋能利用的關鍵環節是能量轉換，不同形式的海洋能其能量轉換技術原理和裝置也不同。
全球海洋能的可再生量很大，雖然海洋能的強度較常規能源為低，但在可再生能源中，海洋能仍具有可觀的能流密度。據權威統計，全世界海洋能的理論可再生量超過760億千瓦。其中，海水溫差能約400億千瓦，鹽度差能約300億千瓦，潮汐能大於30億千瓦，波浪能約30億千瓦。目前，世界各國正競相探索海洋能開發利用技術。
第四節 海洋能的能量是如何轉換的
海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量。這些不同形式的能量有的已經被人類利用，有的已經被列入開發利用計劃。
潮汐能是以位能形態出現的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月麵和背月麵的水位升高。由於地球的旋轉，這種水位的上升以周期為12小時25分鍾和振幅小於1m的深海波浪形式由東向西傳播。太陽引力的作用與此相似，但是作用力小些，其周期為12小時。當太陽、月球和地球在一條直線上時，就產生大潮；當它們成直角時，就產生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的變化外，地球和月球的旋轉運動還產生許多其他的周期性循環，其周期可以從幾天到數年。同時地表的海水又受到地球運動離心力的作用，月球引力和離心力的合力正是引起海水漲落的引潮力。除月球、太陽外，其他天體對地球同樣會產生引潮力。雖然太陽的質量比月球大得多，但是太陽離地球的距離也比月球與地球之間的距離大得多，所以其引潮力還不到月球引潮力的一半。如果用萬有引力計算，月球所產生的最大引潮力可使海水麵升高0.563m，太陽引潮力的作用為0.246m，但實際的潮差卻比上述計算值大得多。如我國杭州灣的最大潮差達8.93m，北美加拿大芬地灣最大潮差更達19.6m。這種實際與計算的差別目前尚無確切的解釋。一般認為當海洋潮汐波衝擊大陸架和海岸線時，通過上升、收聚和共振等運動，使潮差增大。潮汐能的能量與潮量和潮差成正比，或者說與潮差的平方和水庫的麵積成正比。世界上潮差的較大值約為13～15m，但一般說來，平均潮差在3m以上就有實際應用價值。潮汐也是因地而異的，不同的地區常有不同的潮汐係統，它們都是從深海潮波獲取能量，但具有各自獨特的特征。盡管潮汐很複雜，但對任何地方的潮汐都可以進行準確預報。海洋潮汐從地球的旋轉中獲得能量，並在吸收能量過程中使地球旋轉減慢。這種能量通過淺海區和海岸區的摩擦，以1.7TW的速率消散。隻有出現大潮，能量集中時，並且在地理條件適於建造潮汐電站的地方，從潮汐中提取能量才有可能。雖然這樣的場所並不是到處都有，但世界各國已選定了相當數量的適宜開發潮汐能的站址。據最新的估算，全世界潮汐能的理論蘊藏量約3×109千瓦。我國漫長的海岸蘊藏著十分豐富的潮汐能資源。我國潮汐能的理論蘊藏量達1.1×108千瓦，其中浙江、福建兩省蘊藏量最大，約占全國的80.9％，但這都是理論估算值，實際可利用的遠小於上述數字。
波浪能是指海洋表麵波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波麵的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。波浪能是由風把能量傳遞給海洋而產生的，它實質上是吸收了風能而形成的。能量傳遞速率和風速有關，也和風與水相互作用的距離（即風區）有關。水團相對於海平麵發生位移時，使波浪具有勢能，而水質點的運動，則使波浪具有動能。儲存的能量通過摩擦和湍動而消散，其消散速度的大小取決於波浪特征和水深。深水海區大浪的能量消散速度很慢，從而導致了波浪係統的複雜性，使它常常伴有局地風和幾天前在遠處產生的風暴的影響。