1.1.2 能源的性质
能源的种类不同，其性质也迥异。为便于描述，按常规能源与新能源两个大类介绍能源的性质。
1.1.2.1 常规能源
常规能源是指开发历史悠久、利用技术已非常成熟的能源，主要包括煤炭、石油、天然气。
（1）煤炭
煤是最丰富的化石原料，是原始植物经过复杂的物理和化学作用转变而成的，这一演变过程称为成煤作用。最初这些植物的沉积常常是在沼泽地或潮湿的环境中进行，并逐渐腐烂风化形成泥浆或泥煤。泥煤就是煤的前身，泥煤经过埋藏沉积以及随后的地质过程，包括压力及温度增高，最终演变成煤。
我国是煤炭大国，在今后相当长的一段时间内，煤炭仍将是我国的主要能源。《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》明确要求推进煤电大基地、大通道建设。依据区域水资源分布特点和生态环境承载能力，严格煤矿环保和安全准入标准，推广充填、保水等绿色开采技术，重点建设晋北、晋中、晋东、神东、陕北、黄陇、宁东、鲁西、两淮、云贵、冀中、河南、内蒙古东部、新疆14个亿吨级大型煤炭基地。到2020年，基地产量占全国的95%。采用最先进节能节水环保发电技术，重点建设锡林郭勒、鄂尔多斯、晋北、晋中、晋东、陕北、哈密、准东、宁东9个千万千瓦级大型煤电基地。
《现代煤化工产业创新发展布局方案》要求统筹区域资源供给、环境容量、产业基础等因素，结合全国主体功能区规划以及大型煤炭基地开发，按照生态优先、有序开发、规范发展、总量控制的要求，依托现有产业基础，采取产业园区化、装置大型化、产品多元化的方式，以石油化工产品能力补充为重点，规划布局内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、宁夏宁东、新疆准东4个现代煤化工产业示范区。
（2）石油
石油是古代动植物有机残骸为砂石泥土覆盖，在与外界空气隔绝的条件下，长期受地质与细菌的作用逐渐形成的。石油不仅是重要的能源资源，也是宝贵的化工原料。从石油中不仅可炼制出各种液体燃料和润滑油脂等，并且可生产出许多重要工业产品，如合成纤维、塑料、染料、医药原料、橡胶、炸药等。因此，石油在国民经济建设和国防建设中都起着十分重要的作用。
我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特点，决定了我国石油行业的发展方向。《石化产业规划布局方案》明确要求推动产业集聚发展，重点建设大连长兴岛（西中岛）、河北曹妃甸、江苏连云港、上海漕泾、浙江宁波、广东惠州、福建古雷七大石化产业基地。七大基地全部分布在沿海重点开发地区，瞄准现有三大石化集聚区，同时立足于海上能源资源进口的重要通道。
上海漕泾、浙江宁波、江苏连云港三大基地位于经济活力强劲、发展潜力巨大的长三角地区，是石化下游产品消费中心，也是当前国家实施“一带一路”与长江经济带两大战略的关键交汇区域。广东惠州、福建古雷两大基地位于泛珠三角地区，面向港澳台，区位独特，是国家实施“一带一路”战略的核心承载腹地。大连长兴岛、河北曹妃甸两大基地位于环渤海地区，是国家实施京津冀协同战略的集中辐射区域。
（3）天然气
天然气是除煤和石油之外的另一种重要的一次能源。天然气燃烧时有很高的发热值，不仅对环境的污染也不大，而且还是重要的化工原料。
我国是利用天然气最早的国家，但资源赋存量不足。目前为解决天然气短缺的现状，我国一方面立足国内，加大天然气资源的勘探与开发力度；另一方面积极加强与俄罗斯、中亚、中东地区的资源大国合作，经过天然气管线进口天然气，以满足国内日益增大的天然气需求。
1.1.2.2 新能源
新能源是相对于常规能源而言的，特别是煤炭、石油和天然气等化石能源。根据技术发展水平和开发利用程度，不同国家和地区在不同历史时期对新能源的界定会有所区别，但广义上通常具有以下特征：尚未大规模作为能源开发利用，有的甚至还处于初期研发阶段；资源赋存条件和物理化学特征与常规能源有明显区别；可以再生与持续发展，但开发利用或转化技术较复杂，成本尚较高；清洁环保，可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放；这类能源通常资源量大、分布广泛，但大多具有能量密度低和发热量小的缺点。
（1）太阳能
太阳能是指地球所接受的来自太阳的辐射能量。每年到达地球表面的太阳辐射能相当于消耗1.8×1014t标准煤带来的能量，约为目前全世界所消费的各种能量总和的1万倍。因地理位置以及季节和气候条件的不同，不同地点和不同时间里所接受到的太阳能有所差异。目前人类所利用的太阳能尚不及能源总消耗量的1%。
中国的太阳能资源大致在930～2330MJ/m2，以1630MJ/m2为等值线，自大兴安岭南麓至滇藏交界处，把中国分为两大部分。大体来说，我国有三分之二的地域太阳能资源较好，特别是青藏高原和新疆、甘肃、内蒙古一带，利用太阳能的条件尤其有利。
太阳辐射能与煤炭、石油、天然气相比，有其独特的优点：普遍，阳光普照大地，处处都有太阳能，可以就地利用，不需到处寻找；无害，利用太阳能做能源，没有废渣、废料、废水、废气排出，没有噪声，不产生对人体有害的物质，不会污染环境；长久，只要有太阳存在，就有太阳辐射，因此利用太阳能做能源可以说是取之不尽用之不竭；巨大，一年内到达地面的太阳辐射能的总量要比地球上现在每年消耗的各种能源的总量大几万倍。
但太阳能存在两个缺点：一是能流密度低，二是受昼夜和天气条件的限制较强，因而产生收集和利用的不稳定性和不连续性。人类早在数千年前就已对太阳能进行了最初级的利用，但直到第二次世界大战之后，才真正开始进行太阳能的大规模开发和利用。鉴于太阳能的上述特点，研究太阳能的收集、转换、储存以及输送等技术问题，已成为太阳能研究领域的热点。
目前太阳能利用技术主要包括太阳能光热利用、太阳能光电利用、太阳能制冷与热泵技术等。
（2）风能
太阳照射到地球表面后，地球表面各处由于受热不同而产生温差，进而引起大气的对流运动形成风，而这种空气流动产生的动能称为风能。风能实际上是太阳能的一种能量转换形式，因而也是一种可再生能源。风能的大小取决于风速和空气密度。据估计，到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但总量仍十分可观。全球的风能总量约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW。据估计，地球陆地表面1.06×108km2中约有27%的地区年平均风速高于5m/s（距地面10m处）。
风能的利用主要是以风能作为动力和风力发电两种形式，其中以风力发电为主。风力发电从19世纪开始提出，到20世纪80年代开始飞速发展。近几十年来，风机功率增大了1000倍，成本也大幅下降。全球风电发展正在进入一个迅速扩张的阶段，风能产业将保持每年20%以上的增速。
风能发电主要有三种形式：一是独立运行，二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，三是风力并网发电。小型独立风力发电系统一般不并网，只能独立使用，单台装机容量为100W～5kW，通常不超过10kW。
（3）生物质能
生物质一般是指源于动物或植物、积累到一定量的有机类资源，包括地球上所有动物、植物和微生物。作为一种能量可以利用的生物质能，90%来源于植物。植物通过光合作用将吸收的阳光与CO2和水合成碳水化合物，把太阳能转变成生物质的化学能固定下来。因此，生物质能在本质上是来源于太阳，即为太阳能的有机储存。
生物质能的突出特点是：蕴藏量巨大，是可再生能源；具有普遍性、易取得性；是可再生能源中唯一可以储存与运输的能源，这给其加工转换与连续使用带来一定的方便；与矿物能源相比，生物质能的燃用过程对环境污染小；挥发组分高，碳活性高，易燃，在400℃左右，可释放出大部分挥发组分。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源之一。人类从发现火开始就以生物质能的形式利用太阳能来做饭和取暖。在世界能源消费中，它仅次于煤炭、石油和天然气，居于世界能源消费总量的第四位，约占14%，极有可能成为未来可持续能源系统的重要组成部分。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。
生物质能主要来源于植物，地球上植物的光合作用每年生产大约2200亿吨生物质（干基），相当于全球能源消费总量的10倍左右。可作为能源开发利用的生物质包括：农业生产副产物（如秸秆、玉米芯、稻壳等）、原木采伐及木材加工剩余物（如枝杈、树皮、锯末、树叶等）、农副产品加工的废弃物和废水、人畜粪便、城市有机垃圾与污水、水生植物等。
虽然地球上的生物质资源量丰富，但不可能每年新产生的生物质全部用于生物质能的生产，人类能够开发利用的只是其中一小部分。有关研究表明，到2050年全球生物质能资源潜力为10亿至262亿吨油当量，即平均为60亿至119亿吨油当量，相当于生物质每年产生量的10%～20%。在理论上，如果把生物质的最大潜力充分发挥，能够满足人类对能源的全部需求，但受生态环境、可获得性、开发成本、粮食安全等多种因素的制约，可被利用的生物质只占10%～20%左右。
（4）水能
水能是指水体所具有的动能、势能和压力能的统称。广义的水能资源包括水能、潮汐能、波浪能和海流能等能量资源，狭义的水能资源仅指河流的水能资源。目前，绝大多数都是采用狭义水能的定义，而将潮汐能、波浪能和海流能等能量资源归为海洋能。
水能是自然界广泛存在的一次能源，它可以通过水电站方便地转换为优质的二次能源—电能，所以通常所说的“水电”既是常规能源，又是可再生能源，而且水力发电对环境无污染，因此水能被认为是世界上众多能源中永不枯竭的优质能源。
（5）海洋能
海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、盐差能等。
海水的潮汐运动是月球和太阳的引力所造成的，经计算可知，在日月的共同作用下，潮汐的最大涨落为0.8m左右。由于近岸地带地形等因素的影响，某些海岸的实际潮汐涨落还会大大超过这一数值。潮汐的涨落蕴藏着很可观的能量，据测算全世界可利用的潮汐能约为109kW，大部分集中在比较浅窄的海面上。潮汐能发电是从20世纪50年代才开始的，现已建成的最大潮汐发电站是法国朗斯河口发电站，它的总装机容量为24万kW，年发电量为5亿kW·h。
海流亦称洋流，有一定的宽度、长度、深度和流速，一般宽度为几十到几百海里（n mile）（1n mile=1.852km）之间，长度可达数千海里，深度约几百米，流速通常为1～2n mile/h，最快的可达4～5n mile/h。太平洋上有一条名为“黑潮”的暖流，宽度在100n mile左右，平均深度为400m，平均日流速30～80n mile，它的流量是陆地上所有河流总和的20倍。现在一些国家海流发电的试验装置已在运行之中。
水是地球上热容量最大的物质，到达地球的太阳辐射能大部分都为海水所吸收，它使海水的表层维持着较高的温度，而深层海水的温度基本上是恒定的，这就造成海洋表层与深层之间的温差。依据热力学第二定律，存在着一个高温热源和一个低温热源就可以构成热机对外做功，海水温差能的利用就是根据这个原理。20世纪20年代就已有人做过海水温差能发电的试验。1956年在西非海岸建成了一座大型试验性海水温差能发电站，它利用20℃的温差发出了7500kW的电能。
盐差能是指海水和淡水间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。利用大海与陆地河口交界处水域的盐度差所潜藏的巨大能量一直是科学家的理想。据估计，世界各河口区的盐差能达3×1010kW，可能利用的就有2.6×109kW，因此开发盐差能将是新能源利用的发展方向之一。
（6）地热能
地热是一种来源于地球内部的巨大热能资源。地热的产生受两种因素控制，即地幔流体的热对流作用和地壳中放射性元素的衰变。据测算，在地球的大部分地区，从地表向下每深入100m温度就约升高3℃，地面下35km处的温度为1100～1300℃，地核的温度则更高，达2000℃以上。估计每年从地球内部传到地球表面的热量约相当于燃烧370亿吨煤所释放的热量。如果只计算地下热水和地下蒸汽的总热量，就是地球上全部煤炭所储藏的热量的1700万倍。而且地热能的能量转化率为风能、太阳能的数倍，这使得地热能被广泛应用于能源工业中。
地热能的利用方式一般包括高温地热发电和中低温地热能直接利用。不同品质的地热能，可用于不同的目的。流体温度为200～400℃的地热能，主要用于发电和综合利用；150～200℃的地热能，可用于发电、工业热加工、工业干燥和制冷；100～150℃的地热能，可用于采暖、工业干燥、脱水加工、回收盐类和双循环发电；50～100℃的地热能，可用于温室、采暖、家用热水、工业干燥和制冷；20～50℃的地热能，主要用于洗浴、养殖、种植和医疗等。
人类利用地热发电已有超过100年的历史。1904年，Conti在意大利的拉尔代雷洛建立了世界上第一座地热发电机，并于10年后（1914年）以250kW的产能正式商业性投产。此后，世界各国相继在高温地热田中开展地热发电项目。1980—2005年，世界地热发电机装机总量平均每5年增长1GW。截至2010年，全球范围内开展地热发电的国家达到了24个，地热总装机容量超过10GW，虽然仅占总发电量的0.5%，但随着地热开发技术的不断革新，地热发电必将在未来能源结构中占有重要地位。
（7）氢能
氢的资源丰富，地球上的氢主要以其化合物（水和烃类化合物）形式存在。
氢的来源具有多样性，可以通过一次能源（化石燃料，如天然气、煤、煤层气，或者可再生能源，如太阳能、风能、生物质能、地热能等）或者二次能源（如电力）获得氢能。氢气具有可储存和可再生性，可以同时满足资源、环境和可持续发展的要求。
氢能的主要特点是资源丰富、热值高和无污染。氢能除在化工、炼油和食品工业等领域的常规用途外，作为一种清洁能源，也获得了更为广泛的应用。按氢能释放形式（化学能和电力），氢的应用主要集中在直接燃烧（供热）和燃料电池（供电）两个方面。
（8）核能
与传统能源相比，核能的优越性极为明显。1kg 235U裂变所产生的能量大约相当于2500吨标准煤燃烧所释放的热量。一座装机容量100万kW的火力发电站每年需200万至300万吨原煤，大约是每天8列火车的运量，而同样规模的核电站每年仅需含3%235U的浓缩铀28t或天然铀燃料150t。所以，即使不计算把节省下来的煤用作化工原料所带来的经济效益，只是从燃料的运输、储存上来考虑，也便利得多、节省得多。据测算，地壳里有经济开采价值的铀矿不超过400万吨，所能释放的能量与石油资源的能量大致相当。如按目前的速度消耗，充其量也只能用几十年。不过，在235U裂变时除产生热能之外还产生多余的中子，这些中子的一部分可与238U发生核反应，经过一系列变化后能够得到239Pu，而239Pu也可以作为核燃料，运用这些方法就能大大提高235U资源的能量。
目前，核反应堆还只是利用核的裂变反应，如果利用核聚变反应可控热核反应发电的设想得以实现，其效益必将极其可观。
核能利用的一大问题是安全问题。核电站正常运行时不可避免地会有少量放射性物质随废气、废水排放到周围环境，必须加以严格的控制。据专家估计，在安全得到保障情况下，相对于同等发电量的电站来说，燃煤电站所引起的癌症致死人数比核电站高出50～100倍，遗传效应也要高出100倍。
发展核电在缓解化石燃料危机、满足能源需求、改善能源结构以及控制环境污染等方面具有重要意义。核电与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱，但发展核能必须关注三个主要问题：一是安全问题；二是核能及其燃料循环的经济问题；三是核能持续发展的铀资源保证问题。世界上共有 100多个国家开展铀资源的勘查工作，40多个国家公布了探明铀资源量，铀主要分布在澳大利亚、加拿大和哈萨克斯坦等国。