一、什么是“能源”
究竟什么是“能源”呢？关于能源的定义，目前约有20多种。可以这么说，载有能量的物质即为能源。广义上，任何物质都可以转化为能量，那么任何物质包括人类本身、动物、植物、太阳、风、水、火都是能源。
在人类的发展史中，因为需要更多的能源，所以开始了奴隶制度，很多人被抓，变卖当奴隶，去建设大型工程和执行更辛苦的工作。奴隶在当时就是一种能源。
随着科学技术的进步，人类对物质性质的认识及掌握能量转化的技术不断深化，能量转化的数量、转化的难易程度在各个时期有所不同，所以，各个不同时期的能源含义有所不同。
通常把这个时期比较集中并较容易转化的含有能量的物质称为能源。古时候的人类，利用燃烧薪材得到火，利用水力、风力、牲口、人力工作，它们成为主要的能源；随着蒸汽机、发电机的发明，煤、石油、天然气成为主要能源；到21世纪的今天，开发利用新能源将翻开能源史崭新的一页。
这样看来，任何物体都有能量，但它不一定是能源。那么，目前的能源家族有哪些成员呢？
能源家族十分庞大，并且根据不同方式有不同的分类。按能源的基本形态分类，有一次能源和二次能源；根据能源使用的类型又可分为常规能源和新型能源；根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源；还可分为商品能源和非商品能源；再生能源和不可再生能源。
化石燃料
化石燃料又称矿物燃料，包括固体、液体和气体燃料。它们分别是古代植物和低等动物的遗体因地壳变迁埋在地下，在缺氧条件下，经高温高压作用，经漫长的地质年代演变而成。地下蕴藏的化石燃料主要包括煤、石油、天然气、焦油砂和页岩油。
化石燃料既可通过燃烧提供热量，又可作为极其宝贵的化工原料加工提炼出诸如化学纤维、塑料、尼龙、橡胶、化肥等化工产品。
水能
水能也称水力，是天然水流能量的总称，通常专指陆地上江河湖泊中的水流能量。水能属于再生能源，价廉、清洁，可用于发电或直接驱动机械做功，是可再生能源中利用历史最长、技术最成熟、应用最经济也最广泛的能源。
核能
核能指重核的裂变能和轻核的聚变能。根据爱因斯坦的质能关系得出，如果一个物体或物体系统的能量有△E的变化，则无论能量的形式如何，其质量必有相应地改变△m，它们之间的关系是：△E=(△m)C2，反之，该系统有质量的改变就有能量的改变。关于核能本书后面有详细的介绍。
电能
电能是通过其他能源转化而成的二次能源。目前主要发电形式为火力发电、水力发电和核能发电。
由于电能来源广泛，又可方便地转换为机械能、热能、光能、磁能和化学能等其他能量形式以满足社会生产和生活的种种需要，还可方便、经济、高效地大规模远距离传输和分配，且在生产、传送、使用过程中易于调控，在使用过程中没有污染，电能已成为人类社会迄今应用最广泛、最方便、最清洁的能源。
太阳能
太阳能是指太阳内部高温核聚变所释放的辐射能。太阳能是一种清洁的，可持久供应的自然能源，资源量非常巨大。仅被大气层吸收和地球表面截获的太阳能是目前全世界能源消费总量的20000倍。
太阳能可转换为热能、机械能、电能、化学能等加以利用。由于太阳能聚集性差，且有日夜更替和季节气候的影响，太阳能的开发和利用还处于起步阶段，我们正期待通过各类新技术的运用把太阳能列人类广泛利用的常规能源。
生物质能
生物质能来源于生物质，生物质指一切有生命的可以生长的有机物质，包括动物、植物和微生物。动物要以植物为生，而植物则通过光合作用将太阳能转化为化学能而储存在生物质内。因此，从根本上说，一切生物质能都来源于太阳能。
生物质能源可以就地开发和利用，是可再生的廉价能源。其优点是使用方便，含硫量低、灰分少、易燃烧，并可进行多种转化，但缺点是容重小、体积大，储运不便，传统的直接燃烧利用方式热效率极低。生物质能也被作为有待开发的新能源之一。
风能
风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起大气层中的压力不平衡而使空气运动形成风所携带的能量，它是太阳能的一种转化形式。风能是一种可再生的清洁能源，储量大、分布广，但能量密度低，并且不稳定，是一种间歇性的自然能。只有当地面20～30米高度以上，平均风速达到5米/秒时，风能才值得较大规模地利用。风能主要用于发电、提水、制热和航运。
海洋能
蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、潮流能、海洋温差能和海水盐度差能等。潮汐能和潮流能主要来源于月球的引力，其他都是直接或间接来源于太阳的辐射能。
地热能
地热能是储存于地球内部的岩石和流体中的热能。地热能包括天然蒸汽、热水、热卤水等，以及由上述产物带出的与流体相伴的副产品。
地热能属于不可再生的一次能源，地热资源极为丰富。地热可以用来发电外，还可用于供暖、农田灌溉等。地热能已成为新能源开发的一个重要领域。
二、什么是一次能源和二次能源
对能源形态和可再生性的认识是科学开发利用新能源的前提。
一次能源
一次能源指从自然界取得的未经任何改变或转换的能源，如原煤、原油、天然气、生物质能、水能、核燃料，以及太阳能、地热能、潮汐能等。
一次能源根据其能否循环使用和不断得到补充分为：
第一类可再生能源，是指在自然界生态循环中能不断再生，并有规律地得到补充，不致因不断开发而枯竭的一次能源。它包括水能、太阳能、潮汐能、生物质能、地热能等。
第二类不可再生能源，是指自然界经亿万年形成而储存下来的，因数量有限，将随着人类不断开采而枯竭，短期内又无法再生的一次能源。包括原煤、原油、天然气等化石燃料和核燃料。不可再生能源由于它不可能在短期内循环再生，应注意合理开发，高效利用。
二次能源
在人类社会生产和生活中，因工艺或环境保护的需要，或为方便输送、使用和提高劳动生产率等原因，常有必要对一次能源进行加工或转换使之成为二次能源。
二次能源也称“次级能源”或“人工能源”，二次能源包括煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、电力、蒸汽、热水、氢能等。一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源，都被称作二次能源。
二次能源的转换形式很多，如煤可转换成焦炭、煤气、电力、蒸汽、热水；原油经过精馏分离可得到汽油、煤油、柴油、重油等。在一次能源转换成二次能源的过程中，总会有转换损失，如用煤发电时，煤的一部分能量残存在未燃尽的煤粒中，一部分以热的形式从烟囱中损失掉，或通过锅炉及蒸气管道的辐射而散发掉。提高二次能源的转化率也是新能源技术的一部分。
二次能源的利用程度取决于一个国家的经济、科学技术、国防和人民生活水平等因素。由于二次能源一般比一次能源有更高的终端利用效率，也更清洁和便于输送、使用，随着科学技术的进一步发展和社会生活的日益现代化，二次能源使用量占整个能源消费总量的比重必将与日俱增。
三、野蛮的能源时代
1.从碳基能源说起
人类对碳基能源的使用，早在公元前几百年前就开始了。在中国汉朝时期，就有用煤炼铁的记载。19世纪蒸汽机的发明，标志了工业革命的到来，同时也使煤炭一跃成为人类社会的主体能源。随着机器大工业的发展，蒸汽轮机作为动力的发电机开始出现，煤炭在人类生产体系中的地位显得日益重要。高耸入云的烟囱喷出缕缕烟雾，庞大的厂房发出隆隆的轰鸣，人类由此展开了对碳基能源的大规模使用。
石油的发现与内燃机的发明之后，又一种重要的碳基能源登上了人类历史舞台。汽车、飞机、柴油机轮船、内燃机车、石油发电等工业应用，让石油地位陡升。到20世纪60年代，全球石油的消费量超过煤炭，石油取代煤炭成为工业新的血液。在石油之后，天然气也在人类的碳基能源使用中占据一席之地。人类早在公元前2000年之前就发现了天然气，崇拜火的古代波斯人称之为“永不熄灭的火炬”。而对天然气的广泛应用，则到1925年美国铺设第一条天然气长输管道才开始。
两百多年来，人类依赖煤、石油和天然气这三种能源创造了很多奇迹，整个工业就是靠碳基能源支持的。但化石能源是非可再生能源，按现在的消耗速度，世界上的石油、煤炭能源将分别在几十年和百年内逐渐耗尽。改变以碳基能源作为人类社会基本动力的状况，寻求新的能源基础已迫在眉睫。
2.高碳能源的灾害
大工业生产是雄壮澎湃的，也是野蛮无情的。碳基能源在给人类带来前所未有的工业发展和物质财富的同时，也给自然环境造成了严重的破坏。碳基能源的排放物二氧化碳、二氧化硫、多氧化氮等多种有毒气体以及有害颗粒粉尘，造成了一场愈演愈烈的生态灾难。
全球气候明显变暖，某些地区雨量增加，甚至出现酸雨、褐云和灰霾等气候；某些地区出现干旱，飓风破坏力增强，自然灾害加剧；上空的臭氧层破洞在增大，陆地上的森林面积在缩减，同时生物多样性也在减少；两极地区冰川濒临融化，一旦海平面升高，许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临被海水吞没的威胁。
种种可怕的迹象表明人类的生存环境正在产生严重的恶化，而灾害的罪魁祸首是高碳能源。按照当前高碳能源对环境的负面影响，很快人类将面临一场世界性的气候混乱失控，而这种混乱很可能会持续几个世纪，如果现在不及时采取措施进行控制，人类的后代将无力阻止。
3.代价昂贵的能源争夺
全球已经进入碳基能源稀缺的时代，石油的开采正在走向停滞，煤炭也进入衰退期，而与之伴随的是一场蔓延全球的碳基能源争夺战。除了对自然环境的严重污染，对碳基能源白热化争夺的背后，是越来越焦躁不安的民众情绪；经济和社会的动乱，是昂贵的能源争夺带来的又一沉重代价。
(1)疯狂的油价
世界各国对于能源的饥渴从飙升的油价可见一斑。第一次石油危机时，国际油价比危机前大约增长了两倍，达到48.92美元每桶。之后石油价格不断攀上新高，2008年在周期顶部，油价上探到150美元每桶。有经济学家预测，下一个周期油价可能达到200美元，再下一个周期可能还要高。
油价的飙升对全球经济产生了一次又一次严重冲击。第一次石油危机时，由于国际油价的大幅上涨，1974年全球进入高通胀期。2008年上半年，因油价上涨，导致全球经济运行成本提高，通货膨胀压力加大，甚至导致西方主要经济体陷入衰退。实际上，每一次石油价格的起伏，通货膨胀和缩紧，美元的贬值和升值，无不牵动着无数的利益各方，这是一场没有硝烟的战争。
(2)战争灾难
当资源分配不均，经济手段也无法平衡，战争就随之而来。作为每个国家生存与发展的关键资源，石油的不可再生性注定了它天然与政治联姻。任何人都无法忽视石油带来的政治暴力。有人称石油是战争的导火索，更有人称之为“黑色的魔鬼”。
1973年的中东战争中，阿拉伯国家第一次使用了石油禁运的武器，它的威力无穷，对西方国家经济体给予了重大打击。之后，中东这片盛产石油的地区就很少有过安宁。70年代的阿拉伯国家和以色列，80年代的伊朗和伊拉克，90年代的海湾战争，20世纪的伊拉克战争——炮火硝烟、鲜血生命，人类为石油付出了惨痛的代价。
四、科学技术推动能源利用
“科技是第一生产力”，科学技术的发展在人类能源利用过过程中也起到了关键的作用。
纵观人类从主要利用一次能源到主要利用二次能源的历史，有三个重大技术突破至关重要：一是蒸汽机的发明和普及；二是电力的普及应用；三是核能的开发利用。
人类最初的主动能源利用是火，所以，几十万年来，木材是人类使用能源中最重要的部分；第二次的主动能源利用，是以对畜力、风力、水力等自然动力的利用为形式进行的，而风车、水车、帆是技术在能源利用中的初次运用；第三次大规模的能源利用是以化石燃料的开发和利用为主，并以机械能、电能、磁能等多种能源输出形式所进行的，而蒸汽机、发电机等的发明使这样的能量形式转换得以实现。
蒸汽机
在16世纪的英国，由于制皂业、玻璃制造业和冶金工业的发展，使得木柴的价格在公元1500年到公元1640年间就上涨了8倍，而一般物价只上涨了3倍。造船业在16和17世纪对木柴有较大的优先购用权，因此那些高热工业在这个时期就尽量改用煤为燃料，以降低其综合成本，并在18世纪完成了这种转变。这种由用木柴改为用煤作为燃料的后果，大大刺激了煤矿的开采。因此煤矿大为增加，用煤量的增加，刺激了围绕煤所进行的技术创新和利用设备的发明，蒸汽机就是在这样的背景下产生的。
瓦特，生于英国造船中心格拉斯哥附近的格林诺克小镇。他的父亲当过造船工人，祖父叔父都是机械工人，由于家庭的影响，瓦特从小就熟悉了许多机械原理和制作技术。
