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非水可再生能源是指除了常规能源（煤炭、石油、天然气、水能、核能）以外的各种形式的能源，通常包括风能、太阳能、潮汐能、地热能、生物质能等可再生能源和可燃冰、未来的核聚变等。非水可再生能源是一类蕴藏量极大、取之不尽用之不竭、洁净无污染的能源。大力发展非水可再生能源是推动国家能源结构调整的重要力量，符合国家可持续发展的战略要求，有利于人与自然和谐发展。在化石能源逐渐枯竭，气候变暖问题日益严重的今天，开发利用非水可再生能源，既是解决当前能源供需矛盾的重要措施，也是解决未来能源问题的必然选择。
风力发电
世界风力发电技术的发展
利用风能发电始于19世纪末。1891年，丹麦拉库尔研制成利用风能驱动的两台9kW直流发电机组，从此为人类利用风能开创了新途径。1910年，丹麦已拥有微型、小型风力发电机组1万余台，荷兰有2万余台，主要用于排灌、照明。20世纪五六十年代，由于水、火电站和电网的发展，风力发电多在偏远农村、边远地区采用。
20世纪70年代世界发生两次石油危机，石油涨价，能源短缺，风力发电重新引起许多国家的重视，在北美、西欧、北欧等国家取得了很大的进展。在20世纪80年代末，已研制成风轮直径100m、功率为4000-5000kW的大型风力发电机组。20世纪末、21世纪初，MW级及以上的风电机组被广泛应用。到2008年底，全球风电装机容量为1.2亿kW，其中美国为25173MW，居世界第一。
中国风力发电技术的发展
中国陆地50m高度上达到3级（年平均风功率密度≥300W/m2）以上风能资源的潜在开发量约23.8亿kW，达到4级（年平均风功率密度≥400W/m2）以上的潜在开发量约11.3亿kW。中国近海水深5-25m区域50m高度层达到3级以上风能资源的可装机容量约2亿kW，中国风能资源丰富的地区主要分布在“三北”（东北、华北、西北）地区、内蒙古地区和东南沿海及附近岛屿。从发展历程来看，中国风电发展可划分为三个阶段。
第一阶段（1957-1971年）为起步阶段。1957年，吉林白城曾试制1台66kW的微型风电机组，随后安徽、辽宁、山西、内蒙古、新疆等地相继制造多台微型风电机组，但由于技术问题未能长期运行。
第二阶段（1972-1995年）为初创示范阶段。1972年中国利用退役的直-5飞机旋翼作风机叶片制成1台18kW风电机组。1978年中国将研制风机设备列为国家重点项目后，科研机构、高校和制造厂家联合研制和生产了微型和1kW、3kW、4kW、8kW4种小型风电机组。1985年，山东从丹麦购进3台55kW风电机组，在荣城建设中国第一个风电场。中国制造的首台55kW和200kW风电机组安装在福建平潭岛，分别于1989年12月和1993年4月投入运行。
第三阶段（1996-2012年）为发展阶段。1996年3月国家计划委员会制定“乘风计划”，中国风力发电开始加速发展。进入21世纪，中国风电的建设突飞猛进。2009年，中国制定完成了7个千万千瓦级大型风电基地规划，累计规划装机超过1亿kW。2010年底，全国风电装机容量为40850MW，其中并网风电装机容量达到31070MW。
截至2010年底，中国的风电整机制造企业已超过70家。借助于1MW、1.5MW和2MW级机组的技术引进，通过联合研制或自主研发，中国风电设备制造能力有了大幅提高，很快与世界风电技术接轨。单机容量1.5MW机组已实现批量生产，成为市场主力；变桨变速机组技术成为标准配置。同时，解决了齿轮箱、发电机、桨叶、变频器和控制器等技术难题，使关键零部件本土化生产能力达到80%以上，基本形成完整的风电设备制造产业链。
太阳能发电
世界太阳能发电技术的发展
太阳能发电按其能源转换形式，可分为太阳能光伏发电和太阳能热发电两大类。
太阳能光伏发电是直接把太阳光能转化为电能。实现光电转换的基本元件是太阳能光伏电池。1954年，美国贝尔实验室研制出世界上第一批可供实用的单晶硅太阳能电池，光电转换效率为6%；1984年，美国创建了世界上首座商业化运营的PVI太阳能电池电站，一期工程装机容量1000kW。以后太阳能光伏发电获得了较大的发展。
太阳能热发电是利用太阳辐射能转化成热能，再转化成机械能而发电。接收太阳能辐射的方式，主要有塔式、槽式和碟式三类。
20世纪40年代末，苏联利瓦兹吉姆首先提出塔式太阳能热发电的构想。法国是世界上最早建成塔式太阳能热发电的国家。1976年，法国1台64kW的塔式太阳能热发电装置投入运行。1981年，日本1座1000kW槽式太阳能热电站投入运行。
1902年罗马尼亚的卡列克辛斯基提出了太阳池发电的设想。1979年12月19日，以色列在死海建造的150kW太阳池发电站投入运行。太阳池发电方式不需要昂贵的集热系统，不存在传统太阳能热电站间歇发电的问题，具有很大的储能本领，从潜力上可作为电网调峰之需。
在太阳能发电方面，许多国家还正在探索新的转换方式，包括研究设计既能供电又能供热的全能系统，提高热能利用总效率；研制低温太阳能磁流体发电装置，以及试验制造热化学太阳能发电装置。
中国太阳能发电技术的发展
中国太阳能发电的主要方式是太阳能光伏发电。1959年中国科学院半导体研究所研制成功第一片具有实用价值的太阳能光伏电池。1973年在天津港的海面航标灯上首次应用14.7W太阳能光伏电池。1979年中国开始利用半导体工业废次硅材料生产单晶硅太阳能光伏电池。
20世纪90年代以来，中国太阳能光伏电池产量快速增长，2010年太阳能光伏电池产量超过5000MW，约占全球产量的50%。中国的光伏发电系统的应用主要有三个方面：一是户用光伏发电系统和建设小型光伏电站，来解决偏远地区无电村和无电户的供电问题。二是建筑物光伏电源。北京、深圳、上海等城市已经建设了大量的照明光伏电源。三是大型并网光伏系统示范电站。2007年，兆瓦级光伏发电站在上海崇明并网发电试运行，装机容量1MW。在“光电建筑”“金太阳示范工程”和敦煌大型荒漠光伏电站招标等多个项目的带动下，2010年底，中国装机容量已达到700MW。 太阳能光伏发电的投资较大，光伏发电电价是煤电的3-4倍。但是，随着技术进步，光伏电力上网电价与常规能源电价的差距正在逐步缩小。
中国的太阳能热发电技术还处于起步阶段，但是发展很快，第一台50MW太阳能热发电机组正在内蒙古鄂尔多斯建设中。中国的太阳能热利用主要集中在中低温，太阳能热水器的产量、保有量都居世界第一。太阳能中温利用（150℃）已有科研成果产生。
生物质能发电
世界生物质能发电技术的发展
生物质能发电包括垃圾发电、农林生物质发电（单烧、混烧、气化）。
20世纪50年代初，联邦德国、法国最早应用垃圾发电技术，继而美国、日本迎头赶上。2003年美国垃圾发电装机容量达3300MW。
利用农林生物质能发电起源于20世纪70年代。1988年在丹麦诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂，容量为5MW。截至2004年，世界生物质能发电装机已达3900万kW，年发电量约2000亿kW·h，可替代700万tce（吨标准煤）。英国坎贝斯的生物质能发电是目前世界上最大的秸秆发电厂，装机容量308万kW。
中国生物质能发电技术的发展
中国目前现有生物质资源折合约5.4亿tce，可能源利用的资源量约2.9亿tce；预计2050年中国生物质资源理论值最高可达14亿tce，可供清洁能源化利用的生物质资源潜力最高可达8.9亿tce。中国最早开始利用垃圾发电是在1988年，在深圳建成一座2台垃圾处理量为6.25t/h的马丁式焚烧炉、2台余热锅炉和1台500kW背压式汽轮发电机组，全部设备从日本三菱公司引进。运行不久，扩建了1台国产垃圾焚烧炉，原500kW发电机组拆除改装国产4000kW机组，于1994年正式发电。截至2007年中国投运和在建的垃圾焚烧发电厂计有75座，共68.54MW。
农林生物质发电包括生物质气化发电和生物质直燃发电。2000年，福建莆田县建成中国首座生物气化电站，安装了5台200kW发电机组，总容量1000kW。
截至2010年底，江苏、山东、安徽、河北、河南、甘肃、江西等10个省，共有约50个生物质发电工程投产。2010年全国生物质发电装机容量约5500MW。
虽然中国的生物质能发电取得了很好的成绩，但在生物质的收集、运输、储存及进料设备等方面还存在着许多技术和成本问题需要解决。从长远看，生物质的最佳利用途径是转化成生物质液体作交通燃料使用。
地热发电
世界地热能发电技术的发展
1913年，世界上第一座地热电站在意大利拉德瑞罗投入运行，装机容量250kW。1960年，美国第一座盖瑟尔斯地热电站投入运行，到1989年该电站的装机容量已达到191.8万kW，是世界上最大的地热电站。
干热岩发电是地热发电的另一种利用方式。早在1970年，美国人莫顿和史密斯就提出利用地下干热岩发电的设想。1972年，美国在新墨西哥州北部打了两口约4000m的深斜井，从一口井中将冷水注入干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达2300kW，标志着干热岩的开发利用研究从概念模式转入到实验阶段。随着技术的成熟，试验电厂的发电量也逐渐由3MW增大到11MW，更加接近商业开发的规模。
中国地热能发电技术的发展
中国地热资源潜力（资源基数）为11×106EJ/a，占全球的7.9%。主要分布在云南、西藏、四川西部。中国地热发电始于1970年。广东丰顺县邓屋建成中国第一座闪蒸系统地热水发电试验电站，单机容量为86kW。1977年西藏羊八井地热电站建成投运，单机容量1000kW，由青岛汽轮机厂制造，随后相继安装了7台青岛汽轮机厂制造的3000kW机组和1台日本进口的3180kW机组，到1991年装机总容量达25180kW，它是利用145℃的汽水混合地热水发电。目前实际运行的有西藏羊八井、郎久，广东丰顺、湖南灰汤四座，装机容量为25.78MW。
海洋能发电
世界海洋能发电技术的发展
海洋能是指蕴藏在海水中的可再生的自然能源，主要为潮汐能、海水温差能和海水波浪能。
1912年，德国建成世界首座布鲁姆试验潮汐电站。1968年法国建成世界上最大的朗斯潮汐电站，安装了24台10MW双向贯流式机组，年发电量5.44亿kW·h。20世纪七八十年代，日本、挪威也相继建成实验性潮汐电站。由于潮汐电站的潮差水头低，单机容量小，装机台数多，机组投资一般占电站总投资的50%，如何采用先进技术降低机组造价，是发展潮汐电站的关键问题之一。
1979年，美国在夏威夷建成世界第一座商业性海水温差电站，机组容量53kW，净出力15kW。1982年，日本在太平洋中部瑙鲁岛建成100kW海水温差发电试验电站。利用海洋热能转换技术发电，技术复杂，投资大，发电成本高，缺乏竞争力。
1964年，日本最早制成波浪能发电的航船浮标灯。1980年和1985年日本波浪能发电船“海明”号进行了两次海上试验，船上22个无底空气室所产生的空气流，导向低压空气轮机，带动9台125kW发电机旋转发电，它是目前世界上装机容量最大的波浪能发电装置。
中国海洋能发电技术的发展
中国是世界上建造潮汐电站最多的国家，在20世纪50-70年代先后建造了近50座潮汐电站，终因技术和管理方面的原因只有8个电站仍在正常运行发电。1974年开始建设的浙江清乐湾的江厦潮汐电站是中国最大的潮汐电站，1985年建成，总容量为3200kW，电站属于单库双运行方式。
中国海水温差能发电技术尚处在科研开发阶段。1985年中国科学院广州能源研究所开始对温差利用中的一种“雾滴提升循环”方法进行实验室研究，建造了两座容量分别为10W和60W的试验台。
中国波浪能发电研究始于1975年，1977年1台1kW波浪发电浮标在崇明岛和长江口试验成功。1985年，广州能源研究所研制成60W波浪发电装置。1999年在青岛即墨大官岛建成100kW摆式波浪电站并试运成功。2000年广东汕尾市遮浪100kW岸式振荡水柱电站投运。中国波浪能发电的理论存储量约为7000万kW，其中可开发利用量3000万-3500万kW。（作者程钧培系中国动力工程学会副理事长，原上海发电设备成套设计研究所所长）
风力发电
世界风力发电技术的发展
利用风能发电始于19世纪末。1891年，丹麦拉库尔研制成利用风能驱动的两台9kW直流发电机组，从此为人类利用风能开创了新途径。1910年，丹麦已拥有微型、小型风力发电机组1万余台，荷兰有2万余台，主要用于排灌、照明。20世纪五六十年代，由于水、火电站和电网的发展，风力发电多在偏远农村、边远地区采用。
20世纪70年代世界发生两次石油危机，石油涨价，能源短缺，风力发电重新引起许多国家的重视，在北美、西欧、北欧等国家取得了很大的进展。在20世纪80年代末，已研制成风轮直径100m、功率为4000-5000kW的大型风力发电机组。20世纪末、21世纪初，MW级及以上的风电机组被广泛应用。到2008年底，全球风电装机容量为1.2亿kW，其中美国为25173MW，居世界第一。
中国风力发电技术的发展
中国陆地50m高度上达到3级（年平均风功率密度≥300W/m2）以上风能资源的潜在开发量约23.8亿kW，达到4级（年平均风功率密度≥400W/m2）以上的潜在开发量约11.3亿kW。中国近海水深5-25m区域50m高度层达到3级以上风能资源的可装机容量约2亿kW，中国风能资源丰富的地区主要分布在“三北”（东北、华北、西北）地区、内蒙古地区和东南沿海及附近岛屿。从发展历程来看，中国风电发展可划分为三个阶段。
第一阶段（1957-1971年）为起步阶段。1957年，吉林白城曾试制1台66kW的微型风电机组，随后安徽、辽宁、山西、内蒙古、新疆等地相继制造多台微型风电机组，但由于技术问题未能长期运行。
第二阶段（1972-1995年）为初创示范阶段。1972年中国利用退役的直-5飞机旋翼作风机叶片制成1台18kW风电机组。1978年中国将研制风机设备列为国家重点项目后，科研机构、高校和制造厂家联合研制和生产了微型和1kW、3kW、4kW、8kW4种小型风电机组。1985年，山东从丹麦购进3台55kW风电机组，在荣城建设中国第一个风电场。中国制造的首台55kW和200kW风电机组安装在福建平潭岛，分别于1989年12月和1993年4月投入运行。
第三阶段（1996-2012年）为发展阶段。1996年3月国家计划委员会制定“乘风计划”，中国风力发电开始加速发展。进入21世纪，中国风电的建设突飞猛进。2009年，中国制定完成了7个千万千瓦级大型风电基地规划，累计规划装机超过1亿kW。2010年底，全国风电装机容量为40850MW，其中并网风电装机容量达到31070MW。
截至2010年底，中国的风电整机制造企业已超过70家。借助于1MW、1.5MW和2MW级机组的技术引进，通过联合研制或自主研发，中国风电设备制造能力有了大幅提高，很快与世界风电技术接轨。单机容量1.5MW机组已实现批量生产，成为市场主力；变桨变速机组技术成为标准配置。同时，解决了齿轮箱、发电机、桨叶、变频器和控制器等技术难题，使关键零部件本土化生产能力达到80%以上，基本形成完整的风电设备制造产业链。
太阳能发电
世界太阳能发电技术的发展
太阳能发电按其能源转换形式，可分为太阳能光伏发电和太阳能热发电两大类。
太阳能光伏发电是直接把太阳光能转化为电能。实现光电转换的基本元件是太阳能光伏电池。1954年，美国贝尔实验室研制出世界上第一批可供实用的单晶硅太阳能电池，光电转换效率为6%；1984年，美国创建了世界上首座商业化运营的PVI太阳能电池电站，一期工程装机容量1000kW。以后太阳能光伏发电获得了较大的发展。
太阳能热发电是利用太阳辐射能转化成热能，再转化成机械能而发电。接收太阳能辐射的方式，主要有塔式、槽式和碟式三类。
20世纪40年代末，苏联利瓦兹吉姆首先提出塔式太阳能热发电的构想。法国是世界上最早建成塔式太阳能热发电的国家。1976年，法国1台64kW的塔式太阳能热发电装置投入运行。1981年，日本1座1000kW槽式太阳能热电站投入运行。
1902年罗马尼亚的卡列克辛斯基提出了太阳池发电的设想。1979年12月19日，以色列在死海建造的150kW太阳池发电站投入运行。太阳池发电方式不需要昂贵的集热系统，不存在传统太阳能热电站间歇发电的问题，具有很大的储能本领，从潜力上可作为电网调峰之需。
在太阳能发电方面，许多国家还正在探索新的转换方式，包括研究设计既能供电又能供热的全能系统，提高热能利用总效率；研制低温太阳能磁流体发电装置，以及试验制造热化学太阳能发电装置。
中国太阳能发电技术的发展
中国太阳能发电的主要方式是太阳能光伏发电。1959年中国科学院半导体研究所研制成功第一片具有实用价值的太阳能光伏电池。1973年在天津港的海面航标灯上首次应用14.7W太阳能光伏电池。1979年中国开始利用半导体工业废次硅材料生产单晶硅太阳能光伏电池。
20世纪90年代以来，中国太阳能光伏电池产量快速增长，2010年太阳能光伏电池产量超过5000MW，约占全球产量的50%。中国的光伏发电系统的应用主要有三个方面：一是户用光伏发电系统和建设小型光伏电站，来解决偏远地区无电村和无电户的供电问题。二是建筑物光伏电源。北京、深圳、上海等城市已经建设了大量的照明光伏电源。三是大型并网光伏系统示范电站。2007年，兆瓦级光伏发电站在上海崇明并网发电试运行，装机容量1MW。在“光电建筑”“金太阳示范工程”和敦煌大型荒漠光伏电站招标等多个项目的带动下，2010年底，中国装机容量已达到700MW。 太阳能光伏发电的投资较大，光伏发电电价是煤电的3-4倍。但是，随着技术进步，光伏电力上网电价与常规能源电价的差距正在逐步缩小。
中国的太阳能热发电技术还处于起步阶段，但是发展很快，第一台50MW太阳能热发电机组正在内蒙古鄂尔多斯建设中。中国的太阳能热利用主要集中在中低温，太阳能热水器的产量、保有量都居世界第一。太阳能中温利用（150℃）已有科研成果产生。
生物质能发电
世界生物质能发电技术的发展
生物质能发电包括垃圾发电、农林生物质发电（单烧、混烧、气化）。
20世纪50年代初，联邦德国、法国最早应用垃圾发电技术，继而美国、日本迎头赶上。2003年美国垃圾发电装机容量达3300MW。
利用农林生物质能发电起源于20世纪70年代。1988年在丹麦诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂，容量为5MW。截至2004年，世界生物质能发电装机已达3900万kW，年发电量约2000亿kW·h，可替代700万tce（吨标准煤）。英国坎贝斯的生物质能发电是目前世界上最大的秸秆发电厂，装机容量308万kW。
中国生物质能发电技术的发展
中国目前现有生物质资源折合约5.4亿tce，可能源利用的资源量约2.9亿tce；预计2050年中国生物质资源理论值最高可达14亿tce，可供清洁能源化利用的生物质资源潜力最高可达8.9亿tce。中国最早开始利用垃圾发电是在1988年，在深圳建成一座2台垃圾处理量为6.25t/h的马丁式焚烧炉、2台余热锅炉和1台500kW背压式汽轮发电机组，全部设备从日本三菱公司引进。运行不久，扩建了1台国产垃圾焚烧炉，原500kW发电机组拆除改装国产4000kW机组，于1994年正式发电。截至2007年中国投运和在建的垃圾焚烧发电厂计有75座，共68.54MW。
农林生物质发电包括生物质气化发电和生物质直燃发电。2000年，福建莆田县建成中国首座生物气化电站，安装了5台200kW发电机组，总容量1000kW。
截至2010年底，江苏、山东、安徽、河北、河南、甘肃、江西等10个省，共有约50个生物质发电工程投产。2010年全国生物质发电装机容量约5500MW。
虽然中国的生物质能发电取得了很好的成绩，但在生物质的收集、运输、储存及进料设备等方面还存在着许多技术和成本问题需要解决。从长远看，生物质的最佳利用途径是转化成生物质液体作交通燃料使用。
地热发电
世界地热能发电技术的发展
1913年，世界上第一座地热电站在意大利拉德瑞罗投入运行，装机容量250kW。1960年，美国第一座盖瑟尔斯地热电站投入运行，到1989年该电站的装机容量已达到191.8万kW，是世界上最大的地热电站。
干热岩发电是地热发电的另一种利用方式。早在1970年，美国人莫顿和史密斯就提出利用地下干热岩发电的设想。1972年，美国在新墨西哥州北部打了两口约4000m的深斜井，从一口井中将冷水注入干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达2300kW，标志着干热岩的开发利用研究从概念模式转入到实验阶段。随着技术的成熟，试验电厂的发电量也逐渐由3MW增大到11MW，更加接近商业开发的规模。
中国地热能发电技术的发展
中国地热资源潜力（资源基数）为11×106EJ/a，占全球的7.9%。主要分布在云南、西藏、四川西部。中国地热发电始于1970年。广东丰顺县邓屋建成中国第一座闪蒸系统地热水发电试验电站，单机容量为86kW。1977年西藏羊八井地热电站建成投运，单机容量1000kW，由青岛汽轮机厂制造，随后相继安装了7台青岛汽轮机厂制造的3000kW机组和1台日本进口的3180kW机组，到1991年装机总容量达25180kW，它是利用145℃的汽水混合地热水发电。目前实际运行的有西藏羊八井、郎久，广东丰顺、湖南灰汤四座，装机容量为25.78MW。
海洋能发电
世界海洋能发电技术的发展
海洋能是指蕴藏在海水中的可再生的自然能源，主要为潮汐能、海水温差能和海水波浪能。
1912年，德国建成世界首座布鲁姆试验潮汐电站。1968年法国建成世界上最大的朗斯潮汐电站，安装了24台10MW双向贯流式机组，年发电量5.44亿kW·h。20世纪七八十年代，日本、挪威也相继建成实验性潮汐电站。由于潮汐电站的潮差水头低，单机容量小，装机台数多，机组投资一般占电站总投资的50%，如何采用先进技术降低机组造价，是发展潮汐电站的关键问题之一。
1979年，美国在夏威夷建成世界第一座商业性海水温差电站，机组容量53kW，净出力15kW。1982年，日本在太平洋中部瑙鲁岛建成100kW海水温差发电试验电站。利用海洋热能转换技术发电，技术复杂，投资大，发电成本高，缺乏竞争力。
1964年，日本最早制成波浪能发电的航船浮标灯。1980年和1985年日本波浪能发电船“海明”号进行了两次海上试验，船上22个无底空气室所产生的空气流，导向低压空气轮机，带动9台125kW发电机旋转发电，它是目前世界上装机容量最大的波浪能发电装置。
中国海洋能发电技术的发展
中国是世界上建造潮汐电站最多的国家，在20世纪50-70年代先后建造了近50座潮汐电站，终因技术和管理方面的原因只有8个电站仍在正常运行发电。1974年开始建设的浙江清乐湾的江厦潮汐电站是中国最大的潮汐电站，1985年建成，总容量为3200kW，电站属于单库双运行方式。
中国海水温差能发电技术尚处在科研开发阶段。1985年中国科学院广州能源研究所开始对温差利用中的一种“雾滴提升循环”方法进行实验室研究，建造了两座容量分别为10W和60W的试验台。
中国波浪能发电研究始于1975年，1977年1台1kW波浪发电浮标在崇明岛和长江口试验成功。1985年，广州能源研究所研制成60W波浪发电装置。1999年在青岛即墨大官岛建成100kW摆式波浪电站并试运成功。2000年广东汕尾市遮浪100kW岸式振荡水柱电站投运。中国波浪能发电的理论存储量约为7000万kW，其中可开发利用量3000万-3500万kW。（作者程钧培系中国动力工程学会副理事长，原上海发电设备成套设计研究所所长）