21世纪的主要能源是什么

太阳能光伏发电能源新增领域占据重要位置，太阳能资源丰富、分布广泛，是21世纪最具发展潜力的可再生能源。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。

在此背景下，全球光伏发电产业增长迅猛，产业规模不断扩大，产品成本持续下降。我国光伏发电产业也得到迅速发展，已成为我国为数不多的、可以同步参与国际竞争、并有望达到国际领先水平的行业。

未来趋势

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上。

到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

据专家估计，全世界石油总储量在2700亿吨到6500亿吨之间。按照目前的消耗速度，再有50－60年，全世界的石油资源将消耗殆尽。可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到一条新的出路。

迄今，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。美国在1998年把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计划到2015年进行商业性试开采。日本关注可燃冰是在1992年，目前，已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价，钻探了7口探井，圈定了12块矿集区，并成功取得可燃冰样本。它的目标是在2010年进行商业性试开采。

但人类要开采埋藏于深海的可燃冰，尚面临着许多新问题。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10—20倍。而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏，都足以导致甲烷气体的大量泄漏。另外，陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难，一旦出了井喷事故，就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。

由此可见，可燃冰在作为未来新能源的同时，也是一种危险的能源。可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要小心对待。

2.当化石燃料危机以及由此带来的环境危机越来越成为关系国计民生和人类未来的重要问题的时候，一个全新的“氢能经济”的蓝图正在逐步形成。

氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源。它是利用化石燃料、核能和可再生能源等来生产氢气，氢气可直接用作燃料，也可通过燃料电池通过电化学反应直接转换成电能，用于发电及交通运输等，还可用作各种能源的中间载体。氢作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中时，具有高效率、高效益的特点，而且氢反应的产物是水和热，是真正意义上的清洁能源和可持续能源，这对能源可持续性利用、环境保护、降低空气污染与大气温室效应方面将产生革命性的影响。氢可作为一种储备的能源，如果利用丰富的过剩电能实现电解水制氢，可以建独立的氢供应站，不必区域联网。因此，氢与可再生一次能源相结合可以满足未来能源的所有需求。目前，以美国为

代表的世界各国正以前所未有的速度和力度加强对氢能和燃料

(a) 不可持续能源系统 （b）可持续能源系统

图1 可持续和不可持续能源系统示意图

电池的研发，积极建构一个“氢能经济”的未来。需要指出的是，氢能不是“一次能源”。目前，氢的制备技术一般分两种：一种是以煤炭、石油、天然气等碳氢化合物为原料，采用蒸汽重整法制备。这种方式有利于解决现有城市环境污染问题，将污染源集中处理，但这种方式不能实现未来能源的可持续发展。另一种则是利用太阳能、水能等可再生能源，从水、生物质来大量制备。这种制备技术才能从真正意义上实现能源的可持续发展。

21世纪人类面临的四大难题是：粮食问题、人口问题、能源问题、环境污染问题。

1、粮食问题：世界粮食生产地区不均。发达国家人口占世界1/4，生产粮食占世界1/2。发展中国家人口占世界3/4，生产粮食占世界1/2，因此人均产粮少、消费少。由于发展中国家人口增长过快，许多国家缺粮问题日益严重。另一方面，少数发达国家又苦于粮食“过剩”卖不出去。

2、人口问题：人口问题，是由于人口在数量、结构、分布等方面快速变化，造成人口与经济、社会以及资源、环境之间的矛盾冲突。

3、能源问题：世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。 然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。

4、环境污染问题：环境污染指自然的或人为的向环境中添加某种物质而超过环境的自净能力而产生危害的行为。由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人类的正常生产和生活条件，由此给人类的健康生活带来了难题。

解决能源问题的方法：

1、节约能源，提高能源利用率。

普通发电厂的能源效率只有35％，而多达65％的能源都作为热白白浪费掉。联合热电就要将这部分热用来发电或者为工业和家庭供热，因此可使能源利用率提高到85％以上，大大节约了初级能源。

2、开发“绿色能源”是解决能源危机的重要途径。

太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物能等存在于自然界中的能源被称作“可再生能源”，由于这些能源对环境危害较少因此又叫做“绿色能源”。开发“绿色能源”是解决能源危机的重要途径。

3、开发核能，从根本上解决能源危机。

目前科学家正在研究开发的替代能源有核能、风能、太阳能、地热、生物能和水力发电等最有希望的新能源是核能。核能有两种：裂变核能和聚变核能。可开发的核裂变燃料资源可使用上千年，核聚变资源可使用几亿年，这能根本上解决能源危机。

1、太阳能：直接来自于太阳辐射。

2、生物能：由绿色植物通过光合作用，将太阳能转化为化学能，储存在体内，可沿食物链单向流动，最终转化为热能散失掉。

3、风能：由太阳辐射提供能量，因冷热不均产生气压差异，导致空气水平运动——风的形成。

4、水能：由太阳辐射提供能量，产生水循环，来自海洋的暖湿空气，受热上升，太阳能转化为势能，当在高山上形成降水后，水往低处流，势能转化为动能，就是水能。

5、海洋能：包括潮汐、波浪、洋流等海水运动蕴藏的能量，也是取之不尽用之不竭的。潮汐能主要来自于月球、太阳等天体的引力，波浪、洋流的能量主要是受风的影响。

6、地热能：来自于地球内部放射性元素的衰变。

上述能源都是可再生能源，而且是直接来自于自然界的一次能源。楼上有提到氢能的，它应属于可再生能源，因为生产氢能的原料是取之不尽、用之不竭的。但它是经过人类加工的二次能源。如果这样举例的话，沼气、焦炭、蒸汽（蒸汽机的动力）也是可再生能源。

非可再生能源：煤、石油、天然气、核矿石等一次能源，以及汽油、柴油、煤油等二次能源。

开放分类： 能源

可再生能源泛指多种取之不竭的能源，严谨来说，是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源，如化石燃料和核能。

大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源，而是百年甚至千年的。

随着能源危机的出现，人们开始发现可再生能源的重要性。

·太阳能

·地热能

·水能

·风能

·生物质能

·潮汐能

所有人类活动的基本能源都来自太阳，透过植物的光合作用而被吸收。

木材

柴是最早使用的能源，透过燃烧成为加热的能源。烧柴在煮食和提供热力很重要，它让人们在寒冷的环境下仍可生存。

动物牵动

传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外，亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。

生物质燃料

此种燃料原为可再生能源，如能产出与消耗平衡则不会增加二氧化碳。但如消耗过量而毁林与耗竭可返还土壤的有机物，就会破坏产耗平衡。用生物质在沼气池中产生沼气供炊事照明用，残渣还是良好的有机肥。用生物质制造乙醇甲醇可用作汽车燃料。

水力

磨坊就是采用水力的好例子。而水力发电更是现代的重要能源，尤其是中国这样满是河流的国家。此外，中国有很长的海岸线，也很适合用来作潮汐发电。

风力

人类已经使用了风力几百年了。

太阳能

太阳直接提供了能源给人类已经很久了，但使用机械来将太阳能转成其他能量形式还是近代的事。

潮汐能

潮汐发电利用潮水涨落，世界已有电站容量１６ＧＷ。

从地球蕴藏的能源数量来看，自然界存在有无限的能源资源。仅就太阳能而言，太阳每秒钟通过电磁波传至地球的能量达到相当于500多吨煤燃烧放出的热量。这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨煤的热量，大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。不过，由于人类开发与利用地球能源尚受到社会生产力，科学技术、地理原因及世界经济、政治等多方面因素的影响与制约。包括太阳能、风能、水能在内的巨大数量的能源，可以利用的仅占微乎其微的比例，因而，继续发展的潜力巨大。人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化，逼迫使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展，依仗能源的可持续供给，这就必须研究开发新能源和可再生能源。

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018千瓦时（3.78×1024J），相当于1.3×106亿吨标准煤。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持6×1010年。所以可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。但如何合理利用太阳能，降低开发和转化的成本，是新能源开发中面临的重要问题。

风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助航、制冷和致热等。风力发电是主要的风能开发利用方式。中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦，列世界第三位，有广阔的开发前景。风能是一种自然能源，由于风的方向及大小都变幻不定，因此其经济性和实用性由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。

对于核电站，人们有许多误解，其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变，核燃料是铀、钚等元素，核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质，例如钍，本身并非核燃料，但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。

近年来，许多发展中国家虽然都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低，在国家各种优惠政策的鼓励下，全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮，尤其是近年来，由于全国性缺电严重，民企投资小水电如雨后春笋，悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的，2003年开始，特大水电投资项目也开始向民资开放。2005年，根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划，中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。

氢是一种二次能源，一种理想的新的含能体能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水，其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢，如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等；化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石。用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电，其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善，氢能将在21世纪的能源舞台上大展风采。

地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库，仅地下10千米厚的一层，储热量就达1.05×1026焦耳，相当于9.95×1015标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力，新技术业已成熟，并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面，未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的，不受天气状况的影响，既可作为基本负荷能使用，也可根据需要提供使用。

海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。1910年，法国的普莱西克发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气，推动风力发动机组发电的装置，把1千瓦的电力送到岸上，开创了人类把海洋能转变为电能的先河。目前已开发出60-450千瓦的多种类型波浪发动装置。

此外，还有生物质能，是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量，目前发展中的开发利用技术主要是，通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等，通过压块细蜜成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。

随着能源危机和环境污染的日趋严重，人们已经认识到，单凭煤、石油、天然气等常规能源已经无法满足人类社会可持续发展的需要了。特别是进入21世纪以来，随着高科技的层出不穷，能源的储量、生产和使用之间的矛盾日益突出，成为世界各国亟待解决的重大问题。而且环境污染和生态破坏的问题也越来越严重。因此，寻找对环境无污染或污染很小的可再生能源就成为21世纪中科学家的重要任务。

目前，太阳能、核能、风能、海洋能和生物能等可再生能源的发展和应用为人类的能源问题指出了一条道路。它们的应用不但推动了社会生产力的进步，还使得人类从有限的一次能源使用转向多样化的、再生的、取之不尽的洁净能源的使用。使用洁净的可再生能源是人类低碳生活的重要组成部分，这对优美环境的保护无疑是非常有益的。