认识能源
能源是什么？这是个既简单又复杂的问题。说它简单，因为它与我们的生活离得很近——我们照明用的电、做饭用的天然气、洗澡用的热水、开车用的汽油都是能源，说它复杂，是它的形态难以捉摸、类别包罗万象，利用方式也千奇百怪。
目前各种有关“能源”的定义不下20种。《科学技术百科全书》的定义是：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《日本大百科全书》的定义是：“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等做功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源”；《大英百科全书》则定义为：“能源是一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；我国的《能源百科全书》给出了如下定义：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”
归纳以上的各种定义，我们可以梳理出能源的基本含义，即能源是自然界中能为人类提供某些形式能量的物质资源，它的存在形式是多样的，且可以相互转换。
能源的种类繁多，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等，对于它们的分类也有许多不同的方法。
按能源的基本形态来分类
按能源的基本形态来分类，所有能源可分为“一次能源”和“二次能源”。
“一次能源”是指直接从自然界获得、不改变其基本形态的能源，如煤炭、石油、天然气、水力、核能、太阳能、生物质能、海洋能、风能、地热能等。它们在未被开发之前，处于自然存在状态。
“二次能源”是指由一次能源加工、转换后形成的另一种形态的能源，如电力、焦炭、煤气、落气、热水等。其他如汽油、煤油、桑油、油等石油制品在生产过程中排出的余能、余热也属于二次能源。一次能源无论经过几次转换，其所得的另一种能源都叫二次能源。比如，在燃煤的火力发电厂，煤炭燃烧之后先变成落汽热能，落汽再推动汽轮机变成机械能，汽轮机带动发电机变成电能，期间一共出现了三次能量转换，但我们不能把最后产生的电能称为三次能源，仍需把它称为二次能源。
按能源的来源来分类
从能源的来源来看，能源可分为四类，它们分别来自太阳、地球内部、原子核反应、天体引力等。它们都是自然界中天然形成的、未经加工或转换的能源。
第一类是来自太阳的能源。太阳除了直接向人们提供可被利用的光和热以外，还催生了地球上许多其他形式的能源。可以说，目前人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。例如，植物通过光合作用可以把太阳能转变成化学能，这部分贮存在植物体内的能量为人类和动物界的生存提供了能源，又如煤炭、石油、天然气、油页岩等化石燃料，它们是由埋在地下的古代动植物经过漫长的地质年代转化而成的，其实它们是另一种通过古代生物固定下来的太阳能；此外，如水能、风能、波浪能、海流能等的形成也离不开太阳辐射的影响。从数量上看，地球可接受的太阳能非常巨大——理论计算表明，太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于500多万吨煤燃烧时放出的热量，一年累计就有相当于170万亿吨煤的热量。但是，令人惋惜的是，到达地球表面的太阳能只有千分之一左右被植物吸收，并被转变成可贮存的化学能，其余绝大部分能量都被转换成热，散发到宇宙空间。
第二类是来自地球内部的能源。地球是一个大热库，从地面向下，随着深度的增加，温度也在不断升高。各类温泉、火山爆发所释放的能量就是从地下喷出地面的地热。地球上的地热资源贮量也很大。目前人类的钻井技术仅可达到地下10公里的深度，仅按此深度估计，地热能资源总量就相当于世界年能源消费量的400多万倍。
第三类是来自原子核反应的能源。原子核反应主要有裂变反应和聚变反应，在发生以上这些反应时某些物质可以释放大量的能量。目前，在世界各地运行的440多座核电站多是使用铀原子核裂变时放出的热量，使用氘、氚、锂等轻核聚变时放出能量的核电站正在研究之中。根据地质勘测，世界上已探明的铀储量约为490万吨，钍储量约为275万吨，这些裂变燃料足够人类使用到迎接聚变能的到来。能够发生聚变的燃料主要是氘和锂。氘存在于海水中，按地球上海水总量约为138亿亿立方米来计算，世界上氘的储量约40万亿吨；锂在地球上的储量虽比氘少得多，也有约2000多亿吨。由此推算，氘、氘聚所能释放的能量将比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍，按目前世界能源消费的水平，可供人类使用上千亿年。
第四类，来自地球——月球——太阳相互引力的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动造成相对位置周期性变化，它们之间产生的引力使海水涨落而形成潮汐能。与前三类能源相比，潮汐能的数量很小，全世界的潮汐能折合成标煤约为每年30亿吨。况且，人类实际可利用的只是浅海区的潮汐能，那部分能量每年约为6000万吨标煤。
按能源的可燃性来分类
按能源的可燃与否，能源可分为燃料型能源和非燃料型能源，前者包括煤炭、石油、天然气、泥炭、木材等，后者包括水能、风能、地热能、海洋能等。由于人类最早利用自身体力以外的能量来源于火，因此人们对燃料型能源的利用历史非常悠久，消耗量也极其大，而对于非燃料型能源的利用还处于开始阶段，有很大的上升潜力。
按能源的清洁程度来分类
根据能源被消耗后是否造成环境污染的后果来看，所有能源又可被分为污染型能源和清洁型能源。其中，污染型能源包括煤炭、石油等，大多为燃料型能源，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等，大多为非燃料型能源。
按能源的可再生与否来分类
人们对一次能源再进一步加以分类——凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源被称为再生能源，反之被称为非再生能源。风能．水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源，煤、石油和天然气等是非再生能源。地热能基本上是非再生能源，但是从地球内部巨大的蕴藏量和人们当前的微小使用量来看，它又可被认为具有再生的性质。由于核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质，且核聚变最合适的燃料重氢又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”，因此，核能也可被认为具有再生的性质。
商品能源和非商品能源
凡是能进入能源市场作为商品销售的能源被称为商品能源，如煤、石油、天然气和电等．非商品能源主要指薪柴和农作物残余生物质能。目前，国际上的能源统计数字均限于商品能源，对非商品能源的统计还不完善，其利用潜力还未被人们充分认识。有资料显示，1975年世界上的非商品能源约为0．6太瓦年，相当于6亿吨标准煤，而中国1979年的非商品能源约合2．9亿吨标准煤。
按能源的形态特征与应用层次来分类
目前，在大多数情况下，人们通常按照能源的形态特征或转换与应用的层次来对它进行分类，这也是世界能源委员会所推荐的能源分类。按照这个分类法，能源可分为固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能，其中，前三个类型统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的上述能源，在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。比如薪柴和煤炭，把它们加热到一定温度，它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。我们可以用热来取暖、做饭或制冷，也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能，也可以用汽轮机带动发电机，使机械能变成电能；如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户，它又可以转换成机械能、光能或热能。
能源的存在方式及其转化
其实，从能源的定义及分类中，我们就可以看出，能源的存在方式是多变的，它们之间也是可以互相转化的。
所有的化石能源、生物质能、水能、核能具有一定的实体物质形态，它们或者是固态，或者是液态、气态。一部分清洁型能源是无形的，如电能、风能、太阳能等，它们各自以特殊的方式存在着。
所有的能源形式是可以互相转化的，例如，在一次能源中，风、水、洋流和波浪等是以机械能的形式来为人类所利用的，因为利用各种风力机械和水力机械人们可以把它们转换为动力或电力。煤、石油和天然气等常规能源，一般是通过燃烧将燃烧化学能转化为热能，并将大量热能通过各种类型的热力机械转换为动力，带动各类机械和交通运输工具工作，或是带动发电机送出电力，满足人们生活和工农业生产的需要。
能源在转化的过程中会产生一定的消耗。这些消耗有的被用来促使能源转化的形成，有的被用来满足人类活动所需。在人类活动的耗能方式中，电能具有无可比拟的优势，因此发电所需的能源占能量总消费量的比例很大。据预测，20世纪末仅发电一项的能源需要量将达到一次能源开发量的40%以上。
城市能源流线图
如果把城市比作一部复杂的机器，那么维系这部机器正常运转的原料就是能源；如果把城市比作一个人的身体，那么能源的作用就如同人体中的血液——它流经城市的各个环节，带来能量和有用的物质，供各部分正常工作、运转，产生废弃物和二氧化碳排放。正像人体离不开血液一样，城市的运转离不开能源的输入。越是发达的城市对能源的依赖越严重。
研究能源在城市生活中的流通路线，我们可以得出一张有趣的城市能源路线图。
城市所能利用的所有能源首先都来源于大自然，它们可以是煤、石油、天然气等化石能源，可以是太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等可再生能源，可能是高技术手段下的核能利用，也可能是我们暂时还无法描述的某种新能源……这些能源经过一定的环节可以被转化成便于城市生活和生产使用的成品油、电能或热能。
上述这些能源会流入城市的各个角落，驱动城市工业生产、城市交通、城市建设、城市生活等各个环节的正常运转，当然其中的部分能源会通过工业产品流向城市。能源流向城市各个角落的过程也就是能源被消耗的过程。能源消耗支撑了城市功能的发挥，保证了城市生活的正常进行，维系着城市建设和发展的进程。
能源被消耗的过程既为城市创造了财富，又给城市带来了大量废弃物。这些废弃物包括工业废弃物、生活垃圾、温室气体排放……它们被重新扔给自然界。当然，其中的部分气体排放会被地球表面的植被吸收、固化。这些植物和地球上的其他有机废弃物会在经历漫长岁月的变化后重新成为可被利用的化石能源……
从以上的城市能源路线图，我们可以清晰地看出，能源就像血液，在城市这个巨型的躯体中流动。显然，要想控制、节约宝贵的能源消耗，我们应该把能源流经的各个环节看成一个个阀门，并尽量注意拧紧阀门。
城市能源危机
人类社会有了城市以来，城市所消耗的能源一直呈迅速上升的趋势。可以说，人类社会城市发展的历史和能源利用的历史密切相关。城市越发展，人类对能源的依赖度就越强。在人类开发和利用能源的历史上，经历了三次工业革命，每一次都给社会生产带来了巨大的影响，引起了经济的飞跃发展。据统计，自19世纪末以来，世界人口增加了2倍多，已经突破了60亿，而能源消费却增加了16倍多。
随着城市规模的急剧扩大、城市物质消费能力飞速提高，从世界范围来看，不久的将来，60亿世界人口中的50%将实现城市化，在不发达地区，也有约40%的人口将住进城市。几十亿的人民将在工业化的城市中生活，城市消耗的能源在人类社会活动总耗能中所占的比重越来越大。联合国的一份报告指出，虽然城市面积只占全世界土地总面积的2%，但却消耗着全球约75%的资源。
高度城市化带来的后果是，人们在享受城市高度物质文明的同时，也在以几何级增长的速度吞噬着大量的能源。尽管我们不断有“发现更多大煤田”、“打更多的油井或气井”的好消息传来，但是无论怎样，能源的供应始终跟不上人类对能源的需求。按目前的消耗量预测，专家们认为地球上所能开采的煤炭只能维持人们一到两个世纪的使用，石油、天然气甚至维持不到半个世纪的使用。也就是说，到2050年左右，石油、天然气等化石能源的价格会升到很高，对城市工业、城市经济造成非常严重的影响。最为悲观的观点来源于瑞典乌普萨拉大学的研究预测，他们甚至认为，在2010到2020年的某个时间，世界油气供应将不能满足需求。
在世界各国，由于城市物质水准和城市发展模式的不同，对于能源消费的总量也有着很大的差异。例如，以大尺度、低密度为特征的美国是一个“生活在车轮上”的国度，其人均汽油消耗量是注重“紧凑”的、小尺度城市发展的欧洲人的5倍，也是现代化程度较低的中国人的10倍。
由能源危机引发的连锁反应对人类社会的打击将是致命的。试想，如果在新的能源体系还未建立、地球上的化石能源将被消耗殆尽的时候，除了工业规模的大幅萎缩、城市生活的崩溃、停顿以外，因为争抢剩余能源的战争也将不断发生。
能源大量消耗带来的另一个严峻的问题是环境问题。我们知道，燃烧石油、煤、煤气、铀将导致空气和海洋温度的升高，这在大的发电厂周围已经引发了很多问题。如果我们使用的矿物燃料继续增加，地球最终将会变暖，由此引起的气候变化将是难以估计的，因为燃烧石油、煤和煤气产生的二氧化碳等温室气体环绕在地球周围，形成一个巨大的温室，使热量难以散发出去。同时，由于能源大量的使用，核电站、煤矿、风车、钻井平台、油轮泄露等大量事故也随之发生，对海洋、大气环境、地表环境的威胁也在逐渐加大，因为很明显，发生事故的危险性将随着能源消耗的增加而增加，随着能源消耗的减少而减少。
城市发展对于环境的危害还存在于其他诸方面。例如，随着大城市的快速蔓延，城市与其周边土地和水系的关系急剧恶化。城市从其周边环境中获取土地、食物、水、建筑材料以及其他各类资源，并向周边排放大量污水、废弃物，破坏了其周边乡村环境的生态平衡。
节能的潜力