2.1 热能资源
2.1.1 燃料能源
燃料是指能够通过燃烧而获得热能的物质。按形态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。常见的固体燃料有煤，煤的干馏残余物，有机可燃页岩和泥炭，木柴、植物秸秆、木炭等；常见的液体燃料有醇类、石油及其炼制产品（包括汽油、煤油、柴油、重油等）、植物油等；常见的气体燃料有人造煤气（包括焦炉煤气、高炉煤气等）、天然气、液化石油气等。
2.1.1.1 燃料能源发展
燃料能源在生活中主要用于汽车和大型工业。国内汽车工业的快速发展直接带动了车用燃料需求的持续增长，除了常见的汽油、柴油外，市场上陆续出现了车用天然气等多种非石油质车用燃料。车用燃料正逐步朝着替代燃料的方向发展，内燃机也在探寻着自己的代用燃料。未来内燃机燃料将向两极演变，即氢气和煤炭以及由煤炭派生出来的燃料，后者主要是醇类燃料及人工合成的汽油等。
2.1.1.2 燃料热值
燃料热值也称为发热量，指单位燃料完全燃烧所释放出来的热量。燃烧热值分为高位热值和低位热值。高位热值指的是将燃料放置于约20℃的温度下完全燃烧后将所得的燃烧产物冷却到初始温度并使其中的水蒸气凝结为水所释放出的热量。而低位热值与高位热值不同，低位热值是在获得燃烧产物后，水分以蒸汽形式存在所释放的热量。
2.1.2 太阳能
太阳向外以电磁波的形式传递能量，这个过程即为太阳辐射。太阳辐射主要的能量集中在波长为0.2～100μm的紫外到红外的范围。太阳辐射所传递的能量称为太阳辐射能。
2.1.2.1 太阳能资源
太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量（单位为MJ/m2或kW·h/m2）和年平均辐照度表示。我国太阳能资源丰富，总体呈“高原大于平原、西部干燥区大于东部湿润区”的分布特点（表2.1）。
表2.1 我国太阳辐射总量和区域分布表（数据来源：中国可再生能源学会）
2.1.2.2 太阳能利用
1.太阳能热利用
太阳能热利用就是通过太阳集热器将太阳辐射转换成热能并加以利用，其核心是将太阳辐射转换成热能的集热系统，比较常见的为平板型集热器和真空集热器。太阳能热利用的应用很多，最贴近民生的便是家用太阳能热水器、太阳能采暖，工业上则有太阳能海水淡化和太阳能热动力发电。
2.太阳能光伏发电
太阳能光伏发电系统由太阳能电池方阵、蓄电池组、逆变器、控制器、防雷保护装置和计量装置等部分组成。太阳能独立光伏发电系统具有发电、输电、供电自成一体的特点，如今应用的光伏发电系统大多为独立光伏发电系统。而太阳能并网光伏发电系统则与公用电网发生紧密的电连接关系，光伏发电系统中发电较多时向电网供电，发生不足时由电网补给，形成能量互补关系。
2.1.3 核能
2.1.3.1 核能资源
核能资源指用于裂变反应的铀、钍和用于聚变反应的氘、氚及锂等核燃料资源。地球上可供开发的核资源所能提供的能量是矿石燃料的十多万倍。核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点，如体积小而能量大、污染少等。
2.1.3.2 核能利用
核能利用的主要形式是核电站，核电站利用核反应堆作为热源产生高温高压蒸汽以驱动汽轮机发电，其主要组成部分有核岛、常规岛和配套设施等部分。如图2.1所示，首先，反应堆冷却剂进入反应堆，流经堆芯后从反应堆出口流出，进入蒸汽发生器，然后回到主泵。在反应堆冷却剂的循环流动过程中，反应堆冷却剂从堆芯带走核反应所产生的热量，并在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水。二回路的水又被加热成蒸汽，蒸汽再驱动汽轮机并带动发电机发电。简而言之，它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”而产生的热量来加热水使之变成蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机发电，使机械能转变成电能，即实现了核能—热能—电能的能量转换。
图2.1 核电站工作原理示意图
2.1.4 地热能
2.1.4.1 地热能资源
地热能，全称“地下热能”，是蕴藏在地球内部的能量。其主要来源是地球内部岩石中的放射性元素（主要是铀、钍和锂元素）在地球漫长的演变过程中自然发生缓慢衰变所积蓄的能量。
1.地热能的特点
（1）储藏量大。地球上的地热能储藏量巨大。据估算，地球上的全部地热能资源储藏量是所有煤炭资源储藏量的1.7亿倍。
（2）可再生。地球内部的放射性元素不断进行着热核反应，能够产生极其庞大的能量，从某种意义上来说，地热能和太阳能一样，具有取之不尽用之不竭的可再生的优点。
（3）具有连续性。与水能、风能、太阳能等不同，地热能的利用不受白昼和季节变化的限制，一般不需要配备储能环节，而且运行稳定。
除此之外，地热能还具有分布广泛、清洁无污染、成本低廉、利用范围大等特点。因此，在如今全球能源形势严峻及各国开发使用新能源替代常规能源的大背景下，地热能是被人们所看好的具有良好发展前景的新能源之一。
2.地热能资源的分布
（1）世界地热能资源的分布。地球大致可分为亚欧板块、太平洋板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块，而地热能集中分布在构造板块边缘一带，这些区域也是火山和地震多发区。世界上著名的地热带有环太平洋地热带、大西洋中脊地热带、地中海及喜马拉雅地热带、中亚地热带、红海地热带、亚丁湾地热带、东非裂谷地热带等。世界高温型地热能资源概况见表2.2。
表2.2 世界高温型地热能资源概况
（2）我国地热能资源的分布。我国在地质构造上位于亚欧板块的东南角，地热能资源主要分布在京冀、环渤海地区、东南沿海和藏滇地区，其中高温型地热资源主要分布在西藏、云南西部（腾冲现代火山区）和台湾，前两者属地中海地热带的东延部分，而台湾位居环太平洋地热带中。
2.1.4.2 地热能利用
1.地热能发电
地热能发电是指利用地下蒸汽和热水作为动力源的新型发电技术，工作原理是通过打井找到正在上喷的天然热水流，由于水来自1～4km的地下深处，所以水处于高压状态。随后用热蒸汽和热水拖动汽轮机运转，使热能转化为机械能再转化为电能，达到发电的目的。地热能发电系统可分为四类，即地热蒸汽发电系统、双循环发电系统、全流发电系统和干热岩发电系统。
2.地热能直接利用
（1）地热能采暖。利用地热能采暖可以保持室内最佳环境温度，可以节约燃料，还可避免环境污染，因此，近年来利用地热采暖已引起国内外的广泛重视。
（2）地下热水在农林牧副渔业方面的利用。世界各国中低温地下热水资源分布广泛，多数分散在农村和边远地区，既不宜于发电，也无法供城市、工厂利用。因此，因地制宜地将地下热水用于建设温室繁育良种、养鱼、灌溉农田、繁殖饲料和绿肥，发展农村生产和经济，为农林牧副渔业服务，有十分重要的意义。
（3）地热能在医疗卫生及旅游事业上的利用。地下热水具有较高的温度，有时还含有某些特殊的微量组分或气体成分以及少量的放射性物质，在一些热矿泉附近还常常积有矿泉泥，它们对人体的生理机能有益或有一定的医疗作用。我国的温泉疗养院已有100余所，在一些重要的热矿泉，还建立了矿泉理疗机构，如北京小汤山、江西庐山、广东从化、重庆南温泉等。