地球上的各类能源 　　有用的能必须是可控的,招之即来,挥之即去,令行禁止.能源指能提供这种可控能量的各种资源.各种不同形式能量间可以转变.人类活动所“消耗”的机械能大部分是转变成了热能（物体分子无规则运动的动能）.例如磨擦生热.而热能只能有一部分转变为机械（或电）能,余下的热能要传给温度低于热源的物体.温度差异大热机的的效率高,一般约为60-25%.转变中能量的总量是不变的.因而不同能源可以相加,总量结算中对一次能源电力有时是按所节省下的煤计算的. 　　这里先考察一下全球各种主要能源及其份额. 　　地球上的能量绝大部分来自太阳的光辐射,而太阳的能量则来自聚变核能,约为四亿亿亿千瓦3.8×1024kW.地球处的日照功率为1.35KW/m2.地球影子面积为球面面积的1/4,合1.27×1014m2.射到大气层表面的功率为1.72×1014kW.其中大气（如云）反射掉27%,大气吸收18%（包括有害的短波长紫外线）,散射离开地球的占7%,直接射到地面的41%,散射到地面的7%,合计48%.功率为8.25×1013kW,（也有部分要反射出去）.沿选定的纬度由球心画到虚线的连线的长充正比于功率.由于地轴倾斜所以两极平均功率也相当可观.整个地球地面平均每平方米地面为162W. 　　生物圈能量 　　植物叶子中有叶绿素,它可以用日光的能量把空气中的二氧化碳和根部输来的水分及少量其它养分合成碳水化合物或其它形式的生物质并放出氧气,这叫光合作用.在没有日光时,植物也有少量呼吸,呼二氧化碳吸氧.光合作用的效率并不高,如果日光被百分之百地利用,那叶子就看不见了.生物质产量的多少取决于阳光,温度,水,土壤的性质、所含养分及与其他生物间的生态关系.哪一项的欠缺都能成为限制产量的瓶颈.草食动物吃植物,肉食动物吃草食动物,一层吃一层形成复杂的食物链.动物消化食物吸氧呼出二氧化碳以得到生长及活动所需的物质与能量.还出现了寄生生物自己无叶绿素依靠土壤中已有生物质生长的植物.死亡的生物,植物落叶,动物的粪便等又可通过细菌分解成为二氧化碳或甲烷. 　　古代死去的生物,间或也有被埋在地下,经数亿年的生物与物质作用而成煤,成油,成天然气.当然,这样储存的能量只占当时到达地面的太阳能的很少的一部分.这些生物活动总体上长期地维持了生物圈中氧碳氮等元素的循环与平衡.人类从生物圈中取得食物、衣服、木材、纸张和燃料.这主要通过种植.农业发展在于因地制宜,选用合适的作物与品种,科学地打破瓶颈限制.如只管增加水源而不能灌排配套,不善合理用水,反可能导致土壤盐碱化.按理说生物质增产尚有潜力,也非增不可.但要花大气力,下较大本钱,要善用科学.此外也要注意不要在一个行政区中只推行一个品种,这种把鸡蛋都放在一个篮子中的办法,万一遇到不利的自然条件或某种病虫害就会全军覆没. 　　还有多少老本可吃? 　　当前主要是用矿物燃料,特别是化石燃料.把大量宝贵的化工原料烧掉是可惜的,也是难以持久的.按当前消耗量,除煤可维持二三百年外,其余,包括核能的铀,也都只剩下五六十年的用量.这就迫使人们不得不开发新的能源与提高利用效率.例如快中子增殖堆学可以利用铀－238,可望使每吨天然铀释出的能量增大六七十倍.用现有储量产生现用全部电能也可达千年.其实天然铀到处都有,就是富矿有限.如其使用价值剧增,可采储量也将剧增.如受控核聚变发电成功,则燃料也不成问题. 　　随勘探技术的进步探明储量还会增加,而开采技术的进步与经济上的变化也会增加可采储量.但需求增加更快!现在化石能源与低效核能,只给人类提供一个开发更丰富高效的能源和多种再生能源的喘息时间! 　　我们讲喘息时间,是因为在此后能源格局势必面临较大的变化.而可以大量推广的技术只能是由经受了考验的技术构成的.一种新能源方案,可能原理上是无懈可击的,试运行也很成功,总还要（至少部分技术环节还要）接受实际运行考验,并要反馈运行经验去改进技术.按这个时间标尺,余下的时间就很短了.所幸有些工作已经开始,但还须加强加速. 　　再生能源简述 　　可再生能源中,水力用得最多.过去水力用于提水、碾米、磨面,今用于发电.世界装机容量654GW(1992年).我国小水电4.8GW,水电站45GW.我国可开发水力资源为379GW. 　　风力可用于帆船,排灌,磨坊等.世界风力发电总容量5GW.我国风力提水灌地13km2.牧区微型风力发电机共17.3MW,并网风机14.6MW.据估计我国风力资源253GW. 　　地热：温泉早已利用,我国也有用于种植与养殖者.低温利用约9PJ／年.地热电站容量28.6MW.世界地热利用为1×1017J/年,地热电站容量4.5GW. 　　太阳能低温利用如温室大棚和太阳能热水器.太阳灶可用作辅助炊事能源,天好就用,以节省薪柴.太阳能发电可用聚光热机再用机械能发电或用太阳能电池.已知世界发电容量大于254MW. 　　潮汐发电利用潮水涨落,世界已有电站容量16GW. 　　农民生活燃料中一部分为生物质燃料,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.我国小型沼气池共约供气3.8×106m3.用生物质制造乙醇甲醇可用作汽车燃料,巴西1998年已达1.6×1010升／年. 　　能源与环境 　　能源的全球效应：气候与臭氧层 　　射向地球的太阳功率（除动用了一些过去的储存与暂存了一些外）,大部还是最终转化为热能,以热辐射的形式散发到宇宙空间.热体辐射功率正比于绝对温度的4次方,而且发出辐射的能力与吸收辐射的能力也成正比.如果两者相等,因球面表面积是阴影面积的4倍,地表散发的功率平均为1350/4=337.5W/M2.相应的平均地面温度为278K合5摄氏度,这只是约值,因各地反射能力的差别与大气层的复杂影响尚未仔细分析.太阳光主要是波长在0.5mM附近的可见光,而278K热体主要发射的是10.4mM附近的红外线.吸收与发射能力未必相同.特别是当大气层中含有容易吸收红外线的气体时,地面辐射会部分被大气吸收又部分辐射回来,即使返回的热功率只占1％,也可使地面平均温度上升0.07K.这很像玻璃温室,可见光容易进来而红外线却不易透出玻璃,成为温室增温的一个原因（农业气象学家认为温室还有挡风与减少气流散热的作用）,故称为温室效应.而增加这种效应的气体如CO2、CH4及氟烃化合物等则称为温室气体.工业革命以来人们把数亿年前积存的煤与油大量烧掉,加之毁林与沙漠化减少了光合作用,增加了大气中的CO2、CH3与NOX.如不加控制地增长就会使地球变暖,其影响不容忽视.单以两极冰帽而论,如果融化1.2%即可使海平面上升1M.几种能源使用后释放的二氧化碳量,化石燃料远高于其它能源是显而易见的,核能则是最低的.宇宙射线和太阳发出的带电粒子在大气