一、新能源的崛起
让我们返回上世纪80年代初期，有两件大事与能源直接相关。第一件事，邓小平同志1980年对一个能源形势报告的批示中指出：“能源是经济的首要问题”，从而揭开了中国能源发展的新篇章。第二件事，中国出版界出版了美国未来学家阿尔温·托夫勒先生的《第三次浪潮》，虽然是内部发行，但不久就成为当时国内的畅销书，该书一个很重要的内容，就是鼓吹以太阳能为代表的新能源，将太阳能电池、垃圾燃料、海浪发电、地热发电等作为世界第三次浪潮的能源基础。
《第三次浪潮》出版时，类似像太阳能等新能源，还是一个新生儿。在世界能源消费结构中，几乎不占据任何地位。托夫勒先生提到的几种新能源，有些刚刚开始，有些则仅是计划。比如“苏联计划在对流层顶使用风力气球，将电通过电缆定点导向地球。”“纽约市已与一家私人公司签订合同，利用焚烧垃圾作为燃料。”二十余年过去了，以太阳能、风能为代表的新能源在世界能源中有了长足的发展。如果将水力发电包括在内，那么新能源在目前能源消费结构中已经占到13%以上，大于核电，成为人类能源不可或缺的组成部分。(见附表)。特别在新世纪来临时，由于保卫全球环境的需要，发展新能源成为许多国家努力追求的目标。比如，美国可再生能源在本世纪中叶计划要达到整个能源的三分之一。
新能源具有两大特点：一是资源的可再生性，新能源一般是指可再生能源，它们不像煤、石油、天然气等矿物能源那样，资源是不可再生的，即用一点少一点，最后总要告罄。第二个特点是，新能源一般是非碳能源，即它们是由不含有碳的物质组成，在消耗时不向空气中排放二氧化碳，不增加温室效应。这一特点，使新能源有了广阔的发展空间。自从上世纪70年代到现今，科学研究揭示了地球变暖与矿物燃料(煤、石油、天然气)的利用直接关联，人类开发非碳物质的新能源成了新目标。
太阳能、风能、地热能、海洋能和生物质能为代表的新能源在世界上迅速崛起，在我国也取得了显著的进展。所谓新能源，是指区别于煤类、石油等常规能源的新的一类能源。
二、能源中的一颗新星——太阳能
太阳能具有当今世界最大的能源资源，太阳辐射到地球表面的能量相当于人类目前生产能源的1万倍。光伏电池是将太阳能转换为电能的一种装置。1990年以来，世界光伏电池发展极快，销售量平均每年增长16%，1996年以来，更以平均33%的速度增长。太阳能光伏发电将和核电一样成为一种电力能源，有资料预测，到2040年，光伏发电将占全球电力需求的26%。1990年代美国是最大的光伏电池生产国，1998年的产量达54MW(百万瓦)，其次是日本、欧洲、澳大利亚。光伏电池广泛用于家庭取暖、制冷和电器，也用于公路信号、收音机、计算机和建筑物发电。1998年，日本安装了6800套屋顶光伏电池发电系统，随后美国、欧盟国家都有庞大的屋顶电池系统计划。目前，发展中国家有100多万个家庭使用光伏电池第一次用上电。
德国于1999年将屋顶光伏电池计划扩大到10万户，并为安装光伏电池的用户提供10年低息贷款。2001年底，德国太阳能光伏电池装机容量为192MW，首次超过了美国。2002年，日本光伏电池装机容量更上升251MW，占世界总量44%，跃居世界第一。
我国华北、西北地区和西藏日照时间长，适合发展光伏发电。在其他地区，开发能源稳定、价格低廉的光电转换材料，装置屋顶光伏电池系统，也将有极好的前景。在农业上使用塑料大棚利用太阳能，或使用屋顶吸收太阳能装置提供热能，是太阳能利用的另一种方法。当前我国是使用被动式太阳房最多的国家，2002年面积达2660万平方米。
三、发展最快的能源——风能发电
在可再生能源中，目前最值得称道的是风力电场。最近20年，世界风力发电有了惊人的发展。从1998年以来，世界风能发电能力猛增了三倍。2001年世界风力发电总装机容量已经达到18450MW(百万瓦)，年销售额达几十亿美元，是世界产业界的新星。2002年底德国创造了世界一个奇迹，风力发电装机容量增加325 MW，总容量超过12000MW(全世界为31080MW)。世界38%风能发电集中在德国，成为是世界最大的风力发电国家。风力发电在德国已占全国总发电量的4.7%，其次是美国、西班牙、丹麦、印度、荷兰等国。
我国在风力资源强大的东南沿海、西部广大地区都有发展风力发电的优势，1995年在内蒙古安装的小型风力发电机已有14万台，1998年从荷兰引进的24MW风力电场投入运行后，目前全国已建风力电场14个。位于达坂城附近的新疆风电二场，单机上百台，装机容量达60MW，是目前国内最大风力电场。2002年全国风力发电已达到470MW。正在开发的风能发电超过1800MW。世界风能专家预测，“目前，海上风能发电成本可以与许多常规能源竞争，因此，日本和中国风能发电的未来增长预测是很迅速的。”
更大的风力发电机组，更好的制造技术，加上适当的选址，使风力电场的造价从1981年的2600美元/千瓦下降到1998年800美元/千瓦。目前，风力电场的造价已经能与燃煤电站相争，有可能成为许多国家经济的电源。
四、地热能
地球内部蕴藏的热能称为地热能。地热能通过火山爆发、地震、间隙喷泉、温泉等形式，不断地把内部的热能带到地面上来。据估计，每年从地球内部喷出或爆发出的热量大约相当于1000亿桶石油燃烧所放出的热量。在地球上所有的能源中，地热能仅将于太阳辐射能，排在第二位。仅地球表层10公里厚的一层，总储热量就有1.05?10??焦耳J，相当于9.95?10??吨标准煤。如此巨大的能源，可满足人类近百万年能量的需要。
地热资源按存在形式可分为五大类型：蒸气型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。其中，能为人类开发利用的目前还仅限于地热蒸气和地热水两类。地压热和干热岩的开发利用处于实验阶段，而岩浆热的利用尚处于基础研究阶段。
地热资源的分布与各类矿产资源分布一样，主要受地质构造的制约。20世纪50年代后，板块构造的观点被地质界广泛承认，它认为岩石圈是由六大主要板块和一些小板块组成。世界四大地热带都沿着板块边缘分布：环太平洋地热带、大西洋中脊地热带、红海—亚丁湾—东非裂谷地热带及地中海—喜马拉雅地热带。上述四个地热带中有两个通过中国。环太平洋地热带西经中国台湾省，而地中海—喜马拉雅地热带东端就是藏滇地热带的主体。根据大地构造特征，中国地热资源可分成东部、西部和西北三区。中国的地热出露点(包括天然及人工的)约有3000多处。
地热能有多种用途，例如，可以用来发电，也可以直接用来供热、医疗、地热养鱼及水生饲料、温室种植、灌溉、皮革加工、食品加工、造纸、晒盐制碱以及矿泉饮料等。目前，世界上有20多个国家建有地热发电站，总装机容量超过8438MW(百万瓦)。我国从20世纪70年代开始发展地热电站，至1996年，全国地热电站总装机容量为32MW(包括台湾)。其中，最大的是西藏羊八井地热电站(25MW)。冰岛是利用地热的典型国家，已有一半家庭取暖靠地下热水。法国、日本等国也早已采用地热水采暖。近年来，我国的地热水直接利用总量已超过日本而跃居世界首位。
地热能因价廉、清洁而被称为是“21世纪能源”，今后的利用前景会十分广阔。
五、海洋能
海洋能包括潮汐能、波浪能以及海洋热能等。它是一种新能源，资源可以再生，利用后不污染环境。但是，这种能源资源的分布只是近海地区，它们的利用和发展都受到了限制。近二、三十年来，世界以及我国在海洋能方面都没有显著的进展。上世纪50年代后，我国在东南沿海陆续兴建了一些小型潮汐电站。浙江沿海是著名的潮汐区域，80年代初，在浙江乐清湾建设了江厦潮汐电站，装机容量10MW。世界上最大的潮汐电站是法国朗斯电站，装机容量240MW，位于法国布列塔尼海岸，河口潮高14米。
利用海浪发电在理论上具有很大的潜力。日本、加拿大、英国等国家对开发波浪能很有兴趣，英国人曾估算，海浪发电可以提供目前国家电力需求的25%。这是一个诱人的计划。但海浪能的开发一般要在离岸20公里左右的海面，发电塔类似风力场的电机列陈，成本相当高。这种发电至今尚没听到实质性进展的报道。
海洋温差发电是利用海洋热能的一种。上世纪80年代初，美国太平洋脑鲁岛兴建了世界上最大的海水温差电站，功率100千瓦。随后，日本、欧洲以及印度都有兴办利用海水温差发电的计划，但至今未有大的进展。
据联合国教科文组织统计，全球潮汐能的理论资源有30亿千瓦，波浪能理论资源也有30亿千瓦，海洋温差能的理论资源可高达400亿千瓦。从资源潜力来看，海洋能的开发利用具有大的前景。
六、一种古老又年轻的能源——生物质能
薪柴是生物质能源的主要种类。薪柴自古以来就是我国居民尤其是农民的传统生活能源。在我国，薪柴加上农作物秸杆，构成农村主要的生活能源。生物秸杆和薪柴不是商品能源，但它的消费量十分巨大，上世纪80年代中期的一次统计，全国25个省、市、自治区农村生物质能消耗量达2.70亿吨，高于国家当年商品能源消费的1/3。
最近30年来，包括薪柴在内的生物质能的利用发生了本质的变化。生物质能作为一种新能源，具有三大优点：一、它是一种可再生能源，资源丰富又可以再生；二、利用后对环境的污染比较煤炭、石油要小得多；三、它的资源分布广泛，到处可以获得，是能源分散供给体系的一种极佳能源。
生物质能在利用技术上有很大进展，在我国农村广大地区，发展了以生物沼气技术为主的利用方式，1990年代初，全国沼气池约600万个，沼气动力站2000座。近年沼气池得到进一步发展，2002年全国沼气用户有1110万户，大中型沼气1300多处沼气。技术适合于南方地区，在北方寒冷地区不易推广。
生物质能在世界的发展主要集中于发展中国家，它们有丰富的生物质原料，分布广而易于利用。其中，印度在沼气技术方面有其特点，主要致力大中型沼气池的事业。巴西利用甘蔗制造乙醇，有30年的历史，目前已有成品和技术出口。生物质能用于发电是目前世界生物质能的一个重要方面。1999年统计，美国达到63.5TWh(万亿瓦小时)，总量虽然很小，但对于利用生物质形成的废渣，比如生物垃圾，有其独特功能。
七、氢能、核聚变能及其他
当前，人们更多地在谈论氢能和核聚变能，它们被称为人类的终极能源或永久能源。氢能是把氢及其同位素作为原料的能源。氢能的大规模利用与核聚变反应紧相联系。核聚变能是人类至今发现的最大规模能源。早在1933年科学家就发现了核聚变现象，它具有的主要优点是：（1）资源丰富，经济性好。核聚变的燃料主要是氘和氚，氘可以从海水中直接提取，氚可以通过中子辐照锂而得到。这两种物质来源广，而且成本比核裂变材料（即通常说的核电站材料）低廉。（2）核聚变反应时释放的能量大。聚变物质的单位质量放出的热量比核裂变反应高4倍。要实现核聚变反应，温度要高达1亿度以上,所以又叫热核聚变反应。物质在这样高的温度下呈现等离子状态。
早在20世纪50年代，前苏联科学家就采用封闭磁场作约束高温等离子体的“容器”，用这种方法实现的核聚变反应，习惯称之为磁约束核聚变。“托卡马克”装置就是一种典型的磁约束聚变反应堆。尽管核聚变有很多优点，但是由于难度大，这项研究持续了50年，走过十分曲折的道路，反映了人类对高温等离子体运动的复杂性还不够了解。目前，受控核聚变研究的基本状况是，物理可行性接近解决，而工程技术可行性及商业可行性还需要相当长时间才能解决，最乐观的估计是在21世纪中下叶，人类有望用上聚变能源。
但是，开发氢能电池，将是近10年有望实现商品化的事。氢能电池作为汽车动力，它不排放废气仅排放水，将十分有利城市空气的净化。
在人类文明史上，能源技术领域中的每一次重大突破都对社会和经济的发展产生深远的影响。21世纪的能源技术不会沿袭20世纪传统的方式无限制地发展下去，可持续发展的概念正在成为当今能源技术发展的指导思想。最近，美国学者提出了“新能源经济”的概念，认为发展信息产业是解决能源危机的有效途径之一。世界包括中国将积极地推进新能源的发展，这不仅可以有效地控制温室气体向太空的排放，也将有力地支持经济社会发展对能源的需求。为了帮助同学们进一步了解这些新能源，我们编集了这样一本小册子，但愿能为我们的能源事业尽一份力量。
