太陽能和地熱能作者簡介

約翰·塔巴克，紐約州立大學石溪分校研究員，獲美國倫斯勒理工學院數(shù)學博士學位。其著作有“數(shù)學之旅叢書”（六本）、《重要的姿勢：美國手語史》等。

目前，中國已成為全球太陽能電池生產(chǎn)的大國，而且太陽能被作為保證能源安全的戰(zhàn)略措施納入發(fā)展計劃。但是，現(xiàn)實是我們依然是太陽能消費的小國。這大部分歸因于太陽

能的特性：分散、不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率低、生產(chǎn)成本高。地熱能在開發(fā)上也存在類似的問題。因此，了解這些能源的潛能和缺點，對今后的正確利用，有著特殊的意義。

序

致謝

前言

第一部分 太陽能

第一章 太陽能簡史

第一節(jié) 陽光與熱

專欄一 光電話：一種太陽能電話

第二節(jié) 早期光伏技術

第二章 陽光與幾何學

第一節(jié) 電磁波譜

第二節(jié) 幾何結構和陽光

專欄二 太空太陽能

第三章 光伏太陽能

第一節(jié) 光vs電

第二節(jié) 相關技術

專欄三 光子與電

第三節(jié) 凈用電計量法

第四章 熱機和太陽能

第一節(jié) 熱能轉(zhuǎn)換為電能

第二節(jié) CSP技術的利弊

專欄四 存儲太陽能

第五章 另外兩種重要的太陽能技術

第一節(jié) 太陽能熱水器

專欄五 需求管理

第二節(jié) 綠色建筑

第六章 太陽能的經(jīng)濟和環(huán)境效應

第一節(jié) 太陽能動力的供需匹配

專欄六　電力生產(chǎn)者和消費者的紐帶——一個案例分桎

第二節(jié) 有效能源

第七章 政府策略和太陽能

第一節(jié) 美國的太陽能策略

專欄七 分布式發(fā)電系統(tǒng)

第二節(jié) 德國的太陽能

第二部分 地熱能

大事記

術語表

參考文獻2100433B

2017年1月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局和國土資源部印發(fā)了《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》（發(fā)改能源〔2017〕158號）。其中，重點任務和重大項目布局均涉及了地熱能轉(zhuǎn)換。

地熱能轉(zhuǎn)換重點任務

1.積極推進水熱型地熱供暖：按照“集中式與分散式相結合”的方式推進水熱型地熱供暖，在“取熱不取水”的指導原則下，進行傳統(tǒng)供暖區(qū)域的清潔能源供暖替代，特別是在經(jīng)濟較發(fā)達、環(huán)境約束較高的京津冀魯豫和生態(tài)環(huán)境脆弱的青藏高原及毗鄰區(qū)，將水熱型地熱能供暖納入城鎮(zhèn)基礎設施建設中，集中規(guī)劃，統(tǒng)一開發(fā)。

2.大力推廣淺層地熱能利用：在“十三五”時期，要按照“因地制宜，集約開發(fā)，加強監(jiān)管，注重環(huán)保”的方式開發(fā)利用淺層地熱能。通過技術進步、規(guī)范管理解決淺層地熱能開發(fā)中出現(xiàn)的問題，并加強我國南方供暖制冷需求強烈地區(qū)的淺層地熱能開發(fā)利用。在重視傳統(tǒng)城市區(qū)域淺層地熱能利用的同時，要重視新型城鎮(zhèn)地區(qū)市場對淺層地熱能供暖(制冷)的需求。

3.地熱發(fā)電工程：在西藏、川西等高溫地熱資源區(qū)建設高溫地熱發(fā)電工程;在華北、江蘇、福建、廣東等地區(qū)建設若干中低溫地熱發(fā)電工程。建立、完善扶持地熱發(fā)電的機制，建立地熱發(fā)電并網(wǎng)、調(diào)峰、上網(wǎng)電價等方面的政策體系。

地熱能轉(zhuǎn)換重大項目布局

1.水熱型地熱供暖：根據(jù)資源情況和市場需求，選擇京津冀、山西(太原市)、陜西(咸陽市)、山東(東營市)、山東(菏澤市)、黑龍江(大慶市)、河南(濮陽市)建設水熱型地熱供暖重大項目。采用“采灌均衡、間接換熱”或“井下?lián)Q熱”的工藝技術，實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)開發(fā)。

2.淺層地熱能利用：沿長江經(jīng)濟帶地區(qū)，針對城鎮(zhèn)居民對供暖的迫切需求，加快推廣以熱泵技術應用為主的地熱能利用，減少大規(guī)模燃煤集中供暖，減輕天然氣供暖造成的保供和價格的雙重壓力。以重慶、上海、蘇南地區(qū)城市群、武漢及周邊城市群、貴陽市、銀川市、梧州市、佛山市三水區(qū)為重點，整體推進淺層地熱能供暖(制冷)項目建設。

3.中高溫地熱發(fā)電：西藏地區(qū)位于全球地熱富集區(qū)，地熱資源豐富且品質(zhì)較好。有各類地熱顯示區(qū)(點)600余處，居全國之首。西藏高溫地熱能居全國之首，發(fā)電潛力約3000MW，尤其是班公錯—怒江活動構造帶以南地區(qū)，為西藏中高溫地熱資源富集區(qū)，區(qū)內(nèi)人口集中，經(jīng)濟發(fā)達，對能源的需求量巨大，是開展中高溫地熱發(fā)電規(guī)模開發(fā)的有利地區(qū)。

根據(jù)西藏地熱資源勘探成果和資源潛力評價結果，以當?shù)仉娏π枨鬄榍疤?，?yōu)選當雄縣、那曲縣、措美縣、噶爾縣、普蘭縣、謝通門縣、錯那縣、薩迦縣、崗巴縣9個縣境內(nèi)的羊八井、羊易、寧中、谷露、古堆、朗久、曲譜、查布、曲卓木、卡烏和苦瑪11處高溫地熱田作為“十三五”地熱發(fā)電目標區(qū)域，11處高溫地熱田發(fā)電潛力合計830MW，“十三五”有序啟動400MW裝機容量規(guī)劃或建設工作。

4.中低溫地熱發(fā)電：在東部地區(qū)開展中低溫地熱發(fā)電項目建設。重點在河北、天津、江蘇、福建、廣東、江西等地開展，通過政府引導，逐步培育市場與企業(yè)，積極發(fā)展中低溫地熱發(fā)電。

5.干熱巖發(fā)電：開展萬米以淺地熱資源勘查開發(fā)工作，積極開展干熱巖發(fā)電試驗，在藏南、川西、滇西、福建、華北平原、長白山等資源豐富地區(qū)選點，通過建立2-3個干熱巖勘查開發(fā)示范基地，形成技術序列、孵化相關企業(yè)、積累建設經(jīng)驗，在條件成熟后進行推廣。

地熱能是來自地球深處的可再生熱能。它起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。地下水的深處循環(huán)和來自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近表層。在有些地方，熱能隨自然涌出的熱蒸汽和水而到達地面，自史前起它們就已被用于洗浴和蒸煮。通過鉆井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池、房間、溫室和發(fā)電站。

地熱能儲量比人們所利用的總量多很多倍，而且集中分布在構造板塊邊緣一帶，該區(qū)域也是火山和地震多發(fā)區(qū)。如果熱量提取的速度不超過補充的速度，那么地熱能便是可再生的。高壓的過熱水或蒸汽的用途最大，但它們主要存在于干熱巖層中，可以通過鉆井將它們引出。

地熱能的利用自古時候起人們就已將低溫地熱資源用于浴池和空間供熱，近來還應用于溫室、熱力泵和某些熱處理過程的供熱。在商業(yè)應用方面，利用干燥的過熱蒸汽和高溫水發(fā)電已有幾十年的歷史。利用中等溫度（100℃）水通過雙流體循環(huán)發(fā)電設備發(fā)電，在過去的10年中已取得了明顯的進展，該技術已經(jīng)成熟。地熱熱泵技術后來也取得了明顯進展。

意大利的皮也羅·吉諾尼·康蒂王子于1904年在拉德雷羅首次把天然的地熱蒸氣用于發(fā)電。地熱發(fā)電是利用液壓或爆破碎裂法把水注入到巖層，產(chǎn)生高溫蒸氣，然后將其抽出地面推動渦輪機轉(zhuǎn)動使發(fā)電機發(fā)出電能。在這過程中，將一部分沒有利用到的水蒸氣或者廢氣，經(jīng)過冷凝器處理還原為水送回地下，這樣循環(huán)往復。1990年安裝的發(fā)電能力達到6000MW，直接利用地熱資源的總量相當于4.1Mt油當量。

地熱能的利用可分為地熱發(fā)電和直接利用兩大類，而對于不同溫度的地熱流體可能利用的范圍如下 ：

200～400℃直接發(fā)電及綜合利用；

150～200℃雙循環(huán)發(fā)電，制冷，工業(yè)干燥，工業(yè)熱加工；

100～150℃雙循環(huán)發(fā)電，供暖，制冷，工業(yè)干燥，脫水加工，回收鹽類，罐頭食品；

50～100℃供暖，溫室，家庭用熱水，工業(yè)干燥；

20～50℃沐浴，水產(chǎn)養(yǎng)殖，飼養(yǎng)牲畜，土壤加溫，脫水加工。

許多國家為了提高地熱利用率，而采用梯級開發(fā)和綜合利用的辦法，如熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，先供暖后養(yǎng)殖等。

地熱能轉(zhuǎn)換地熱熱泵系統(tǒng)

地熱熱泵系統(tǒng)，又稱為地源熱泵(Ground Source heat pump)，是以地源能(土壤、地下水、地表水、低溫地熱水和尾水)作為熱泵夏季制冷的冷卻源、冬季采暖供熱的低溫熱源，同時是實現(xiàn)采暖、制冷和生活用熱水的一種系統(tǒng)。地源熱泵的工作原理比較簡單。夏季運行時，熱泵機組的蒸發(fā)器吸收建筑物內(nèi)的熱量，到達制冷空調(diào)，同時冷凝器通過與地下水的熱交換，將熱量排到地下；冬季運行時，熱泵機組的蒸發(fā)器吸收地下水的熱量作為熱源，通過熱泵循環(huán)，由冷凝器提供熱水向建筑室內(nèi)供暖。

它用來替代傳統(tǒng)的用制冷機和鍋爐進行空調(diào)、采暖和供熱的模式，是改善城市大氣環(huán)境和節(jié)約能源的一種有效途徑，也是國內(nèi)地源能利用的一個新發(fā)展方向。

地熱能轉(zhuǎn)換地熱發(fā)電

地熱發(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發(fā)電技術。其基本原理與火力發(fā)電類似，也是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，首先把地熱能轉(zhuǎn)換為機械能，再把機械能轉(zhuǎn)換為電能。地熱發(fā)電實際上就是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后再將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過程或稱為地熱發(fā)電。