本章依次从太阳能、风能、生物质能、氢能、清洁燃料、余热余压、潮汐能、核能以及节能等方面向读者详细的解读了当今世界的主要能源及其发展趋势，并且在解读能源的同时还向同学们讲解到有关环保的一些问题，比如说全球升温等问题，让读者在了解能源的同时，也学会珍惜身边的能源。
取之不尽的能源——太阳能
太阳能
所谓太阳能是指太阳内部或者表面的黑子在连续不断的核聚变反应过程中产生的能量。广义的太阳能包括的范围非常大；狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学能的直接转换。太阳能比我们所知道的还要厉害的多。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳。即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。
随着经济的发展、社会的进步，人类对能源提出的要求越来越高，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。而太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
我们平时所说的太阳能，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球上形成生物后生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料减少的情况下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和主动式利用（光电转换）两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。
太阳能有很多别的能源所不具备的特点，比如说其具有普遍性。太阳光普照大地，没有地域的限制。无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且不用开采和运输。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50×1018千焦，全国各地太阳年辐射总量达335~837千焦/平方厘米，中值为586千焦/平方厘米。全国总面积三分之二以上的地区，年日照时数大于2000小时，特别是西北一些地区超过3000小时。我国大陆太阳能资源分布的主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22~35度这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆外，基本上是南部低于北部：由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30~40度地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。
而且太阳能不会造成危害，开发利用太阳能不会造成污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。
再一个特点就是太阳能的能源巨大，是一种取之不尽的能源。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨标准煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。太阳能还具有长久性。只根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的储量足够维持上百亿年，而地球的寿命只约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。
但是太阳能也不是万能的，在具备以上优点的同时，还有很多的缺点。
首先，它过于分散。到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。
其次，太阳能具有不稳定性。因为要受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制，以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响。所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。
第三，太阳能利用的效率较低而且成本很高：目前太阳能利用的发展水平，大多都是在理论可行，技术上也成熟。但因为太阳能利用装置成本高、效率偏低等因素，使得太阳能的利用并没有过于广泛。而且在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，都会受到经济性的制约。
就目前情况来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能发电、太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房等方式。
太阳能除了我们日常见到的热水器之外，还用于发电。说到太阳能发电，首先就要讲一下太阳能光伏。
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，几乎全部以半导体材料制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间工作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
太阳能电池发电原理
太阳电池是一种能将光能转换成电能的器件。它们的发电原理基本相同，当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子并在两侧集聚形成电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。我国太阳能资源的理论储量达每年17000亿吨标准煤，约等于数万个三峡工程发电量的总和。从全国太阳年辐射总量的分布看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000米以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。
太阳能热利用
现在对于太阳能的热利用主要是日常用到的太阳能热水器，它的装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵等部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。太阳能集热器在太阳能热系统中，是接受太阳辐射并传递热量的装置。按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。另外还有一种真空集热器。
还有一点就是利用太阳能可以在冬天作房间暖房之用，其实这种做法在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，为了节省大量化石能源的消耗，必须设法应用太阳辐射热量。大多数太阳能暖房使用热水系统，亦有使用热空气系统的。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统以及室内暖房风扇系统所组成。其过程是太阳辐射热传导，经收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间。也可不用储热装置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，再加热房间。最常用的暖房系统为太阳能热水装置，其将热水通至储热装置之中，然后利用风扇将室内或室外空气驱动至储热装置中吸热，再把热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热液体流至室内管道，再利用风扇吹送被加热的空气至室内，而达到暖房效果。
永不枯竭的能源——风能
风力发电
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风电场发电量的两个主要因素是风电场风能资源情况和风电机组的选择。风电场风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。影响风力发电的物理因素有风向、风速、风能密度等，而风向、风速都是风能的重要指标。
风力发电所产生的能量是一种可再生能源，而且风力发电早已被人们利用来为生产和生活服务，如用于航行、推磨、抽水和发电等。据测算，地球上可利用的风能是水能的10倍。
风力发电是通过风力发电机把风能转化为电能，供人们使用的。常用的风力发电机是像飞机螺旋桨那样的水平轴风机，由风轮、机头、机尾、轮体、塔架等五部分组成。其中，风轮是把风能转化为机械能的主要部件，它通常由几片叶片组成，安装在机头上，模样与风扇差不多。风轮的直径越大接受的风能就越多，风机的功率就越高。而风能的大小又同风速有关，风能与风速的三次方成正比，也就是说，风速只要增加1倍，风能就增加7倍。
同太阳能相比，风能的能量密度太小，且比太阳能更不规则。因此，如果要建一座100万千瓦的风力发电站，就要架起几百台大型风力发电机，需占用的土地面积也较大。
虽然在利用风能时有不少困难，如空气密度小、设备较庞大、风速变化大、不易稳定运行等，但由于风力发电有许多其他发电方式无法与之相比的优势，如风电场建设周期短、占地少、装机容量灵活、无需消耗燃料、不产生任何污染物等，加上常规能源的有限性和经济可持续发展及风电机技术的快速发展和提高，近一二十年来，风力发电在世界有关国家获得很大的发展。据统计资料表明，荷兰、德国、英国、丹麦、印度和美国等六国的风力发电装机容量已达500多万千瓦，约占全世界风力发电容量600万千瓦的90%左右。
利用风能的国家
印度是个发展中国家，长期以来，一直面临能源短缺、电力供应不足的困境，由于政府的大力提倡和支持，使这个科学技术并不发达的国家，在20世纪一跃跨入世界可再生能源的先进行列，令世人刮目相看。当时它的风电容量达80多万千瓦，大大超过中国，仅次于美国和德国而居世界风力发电第三位。德国是欧洲风力发电应用规模最大的国家，20世纪以来，风电容量已超过150万千瓦，其中有2台单机容量为1500千瓦风力机正在运行，它们在当时是世界上最大的风力机组。
丹麦被世人誉为“风电王国”，其有很丰富的风力发电的制造和运行经验。在该国的可再生能源发展中，风力发展最快。在21世纪初风力发电量已占全国发电量的10%以上。
英国在查明国内可再生能源的基础上，把风力发电作为最有市场发展的技术领域的首位，可再生能源装机容量提高到150万千瓦，其中风电将占相当大的比重。
除以上几个国家以外，其他发达国家，也在大力发展风力发电，如日本、比利时、西班牙等国。估计到现在，经济发达国家的风力发电量将占总发电量的10%以上。我国有着丰富的风能资源，现已查明，我国可开发利用的风能资源达3亿千瓦左右。在我国东南沿海、海洋岛屿，以及内蒙古、新疆、甘肃一带有效风能的密度大于200瓦/平方米，有效风力出现时间的百分率均在70%以上，可与其他类型的能源资源相提并论。
自改革开放以来，我国政府为解决地处边远及农牧地区群众用电困难，研究并推广了微型风电机，主要有100~500瓦、1千瓦、5千瓦等功率的机组，其中1千瓦以下的微型风电机的年生产能力达到3万台左右。我国的微型风电机的推广量增加了10万台。
风力发电机可以大致分成两类，即水平轴式转子和垂直轴式转子。水平轴式转子的发电机转轴平行于风向，优于垂直轴式转子发电机，所以目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片（目前商业机组一般为2~3个叶片）装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。
风电机组的功率调节有两种方式，一种是失速调节，另一种是变桨距调节——即叶片可以绕叶片上的轴转动，改变叶片气动数据，实现功率调节：整台机组由电控系统进行监视与控制，可以实现无人操作管理。
风电机性能先进，运行安全可靠。我国已把风电作为新能源发电的重点，风电的总容量提高到了100万千瓦。我国风电正处在大发展的前期。
但是，由于多种因素的影响，目前我国风力发电的总规模和技术装备水平与国外水平相比，还有一定差距，与我国可开发的风能资源相比，还有很大潜力。我国风电发展战略是，经过现在的发展阶段，最终将形成完全自主的风电产业。
可再生能源——生物质能
生物质能
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命且可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义的生物质能是包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质能取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
生物质能资源
1.森林能源
森林能源是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，主要是薪材，也包括森林工业的一些残留物等。森林能源在我国农村能源中占有重要地位，而在丘陵、山区、林区，农村生活用能的50％以上靠森林能源。薪材来源于树木生长过程中修剪的枝杈，木材加工的边角余料，以及专门提供薪材的炭薪林。
2.农作物秸秆
