第三节水中力量——水能
1.绿色之能——水能
从遥远的太空中俯瞰地球，我们的家园是一颗蓝色的星球。在这个星球上，表面却覆盖着7/10的水。水为我们的生活带来了不胜枚举的好处，但是行色匆匆的人们很少注意到：其实水也是一种取之不尽，用之不竭的绿色能源。
水能是一种可再生能源，属于清洁能源。水在流动的过程中能产生动能，因此被人们加以利用就变为了能源。
什么是水能？水能就是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。
广义的水能资源包括的范围很广，滔滔的河流、大海潮起潮落、惊涛拍岸、沧海横流，这些都能找到水能的身影；狭义的水能资源是是指滚滚向前的河流的水能资源。
水能和煤、石油、天然气都是常规能源，属于一次能源。
水不仅可以直接被人类用来洗衣、做饭和饮用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使它持续地从海上蒸发，变成水蒸气，然后流动到陆地上空，遇冷凝结成雨，降落到地面上，汇入小溪，流到江河，归入大海。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，这些水就蕴涵着丰富的水能资源。
随着矿物燃料的日益减少，水能是一种非常重要且前景广阔的替代资源。就目前而言，世界上的水能源利用主要是用来发电，而且水力发电在全世界正处于快速上升的发展阶段，尤其在非洲大陆遍地开花。
河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来开发水能。水力发电就是运用水的势能和动能转换成电能来发电的方式。以水力发电的工厂称为水力发电厂，简称水电厂，又称水电站。
在水能变为电能的过程中，水从高处流向低处，产生落差；落差越大，水的势能也越大。水的落差在重力作用下流动，随之水的势能也就相应转化为动能。水从河流或水库等高位处向低位处流动，水的压力或者流速冲击水轮机，使水轮机高速旋转，从而将水的动能转化为水轮机的机械能；然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁感线，把水轮机的机械能转化为电能，产生交流电。
2.左右逢源——我国水能资源的特点
我国河流湖泊纵横，水能资源非常丰富，水能利用率在全国资源中占有很大比重。这种得天独厚的自然条件，造就和形成了我国的水能资源具有自己鲜明的个性和独有特点。
（1）我国拥有世界第一的水能资源储蓄量，但只开发利用了其中的1/4。
（2）我国水能资源西部多，东部少，相对集中在西南地区，而经济发达、能源需求大的东部地区水力资源极少。
（3）大多数河流年内、年际流分布不均，汛期和枯水期差距大。
（4）水能资源主要集中于大江大河，有利于集中开发和往外运送。
最新综合评估显示，我国水能资源理论蕴藏量近7亿千瓦，占常规能源资源量的40％。其中，经济可开发容量近4亿千瓦，年发电量约1.7亿千瓦，是世界上水能资源总量最多的国家。
第四节空中舞者——风能
1.自然之能——风能
在地球上，由于地面各处受太阳辐照后，气温变化和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异；在水平方向上，高压地区的空气向低压地区流动，就形成了风。
什么是风能呢？风能就是自然风产生的能量，也就是地球表面大量空气在水平方向流动所产生的动能。
风能资源决定因素有两个：风能密度和可利用的风能年累积小时数。估计在地球吸收的太阳能中，有1%～3%转化为风能，相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50～100倍。在高空中就会发现风的能量有多大，那里有时速超过160千米的强风。这些风的能量，最后因与地表及大气间的摩擦力而以各种热能的方式释放。
2.树大招风——风力分级
为了区分风的强弱程度，我们用风力等级来表示风的大小，而风力的等级，我们通过看地面或海面物体被风吹动之后是什么情形，这样就能知道风有几级了。
一般而言，风力发电机组起动风速为2.5米/秒，脸上感觉有风且树叶摇动情况下，就已开始运转发电了，而当风速达28~34米/秒时，风机将会自动侦测停止运转，以降低对受体本身的伤害。
风作为一次性能源，由于其资源丰富，偶然性巨大，有独特的优点，值得人们去研究和加以有效利用。
（1）风能不污染环境，它是清洁能源。
（2）风能设施日趋进步，成本低，在适当地点，风力发电成本已低于传统的发电成本。
（3）风能设施多为立体化设施，可保护陆地和生态。
（4）风力发电是可再生能源。
3.渐入佳境——风能的利用
风具有无穷的力量，风能为我们提供强大的动力，为我们发电带来了新的途径和便利。
风力发电是以风能作为动力的，无形的风能可以通过风车转化为人们所需要的能量。当风吹动风轮时，风力带动风轮绕轴旋转，使得风能转化为机械能。
风车有了机械能，还能为我们提水。目前，世界上约有100多万台风力提水机在运转。它们屹立在世界各地随风转动叶片，在无私地帮助人们提水、铡草、加工饲料等。
世界风力发电总量居前三位的国家分别是德国、西班牙和美国，三国的风力发电总量占全球风力发电总量的60%。北欧国家丹麦就是世界上着名的“风车王国”。
现在，风力资源的最大利用已在资源愈加枯竭的许多国家蔚然成风，渐入佳境。风车也成为一道亮丽的风景线，它的数量多少是衡量一个国家对风能利用的重要标尺。在英国，迎风徐徐转动的微型风能电机给人们生活带来充足的电能，对美化环境发挥了不可估量的作用。
如今，一座座风力发电站屹立于世界广阔的草原和山岭之上，玉树临风。每当大风来临，它就会自动调转方向，迎着犀利的风转化成无尽的能源；不管风力有多大，来势有多猛，它一概接收转化成电能储存起来，为人们提供充足的电力。
尺有所短，寸有所长，虽然风能利用具有巨大的优势，但人们在具体应用过程中还存在着一些限制及弊端：
①风速不稳定，产生的能量大小不稳定。
②风能利用受地理位置限制严重。
③风能的转换效率低。
④风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类。
⑤风力发电需要大量的土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。
⑥进行风力发电时，风力发电机会发出巨大的噪声，所以要找一些空旷的地方来兴建。
⑦风能是新型能源，相应的使用设备也不是很成熟。
第五节光合作用——生物质能
1.有机之能——生物质能
生物质是指有机体，这是通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有生物。而所谓生物质能，就是储存在生物质中的太阳能，这种太阳能是以化学能形式存在的。这是一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用。现在，人们可以把这些生物质转化为常规的固态、液态和气态燃料。
生物质能是一种可再生能源，同时它也是唯一一种可再生的碳源。其他像煤、石油、天然气，也是碳源，但它们不可再生。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是一种特殊形式的太阳能。它蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，而这些有机体是由太阳能转化而来的。
生物质的种类很多，它们来源于林业、农业、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便。
林业生物质资源包括：森林里的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；林业生产加工过程中的枝丫、锯末、木屑、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。
农业生物资源包括：收割庄稼时残留在农田内的玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等，加工稻谷时剩余的稻壳等。此外还包括各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物的植物和水生植物等几类。
生活污水和工业有机废水包括：家里的冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水、工业生产排出的含有丰富有机物的废水。
城市固体废物包括：城镇居民生活垃圾、商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物。其组成成分比较复杂，受如下因素影响：当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等。
畜禽粪便：畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物，它们主要由粮食、农作物秸秆和牧草等转化而来。
沼气：由生物质转换而来的一种可燃气体，它通常可以供农家用来烧饭、照明。
2.独树一帜——生物质能的特点
生物质能种类繁多，归纳起来，生物质能有以下特点：
（1）可再生性
生物质能属可再生资源。生物质能可以在生物圈内循环再生，与风能、太阳能等同属可再生能源，其资源丰富，可保证能源的永续利用。
（2）低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的污染物质较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应。
（3）广泛分布性
生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。
（4）生物质燃料总量十分丰富
生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于目前世界总能耗的10倍。
3.循序渐进——生物质能的利用
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它在整个能源系统中占有重要地位。生物质能将成为未来可持续能源系统的重要组成部分，在不久的将来，采用新技术生产的各种生物质能将逐步替代化石燃料。
生物质能是太阳能的一种表现形式，目前人类对生物质能的利用，包括直接用做燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。目前主要应用的有沼气、压缩成型固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等。
生物质资源虽然丰富，但是它尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。
目前，生物质能已成为世界重大的热门课题之一，世界众多科学家已经深入研究。目前，科学家已经研究出了生物质能的各种技术，如利用垃圾处理站，回收沼气，用于发电，同时生产肥料；还研制出乙醇燃料，用纤维素废料生产酒精。
4.现实为鉴——生物质能对我国的意义
我国是一个农业大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此，改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
开发利用生物质能对我国农村更具特殊意义。我国人口众多，人均耕地面积少，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。
尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速在增加，但生物质能仍占有重要地位。这可以帮助这些地区脱贫致富，奔向小康生活。
生物质能优质转换技术不仅能够让农民用上优质能源，同时也可让乡镇企业的工厂用上优质能源。由于中国地广人多，光靠煤、石油、天然气不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且世界生态环境形势日益严峻，需要我们保护环境，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主要热能资源的我国农村发展是很不利的。
随着农村经济的发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质转换利用势在必行。
第六节地下宝藏——煤
1.黑色金子——煤与现代化
煤是一种由碳、氢、氧、氮等化学元素组成的黑色固体矿物质。
它主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，俗称煤炭。
煤是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。早在3000多年前，人们就已经把煤当做燃料来使用了。煤被广泛用作工业生产的燃料，是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用，煤被广泛地用作工业生产的燃料，给社会带来了前所未有的生产力，推动了工业的向前发展，随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高，标准煤的发热量为700万卡路里/千克。
而且煤炭在地球上的储量丰富，分布广泛，一般也比较容易开采，因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。
煤除了作为燃料以取得热量和动能以外，更重要的是从中制取冶金用的焦炭和人造石油，即煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。
经过化学加工，从煤中能制造出成千上万种化学产品，所以它又是一种非常重要的化工原料，如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作为原料生产化肥。
此外，煤中还含有许多放射性和稀有元素，如铀、锗、镓等，这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。
