人类进化、发展的历史，其实也是一部不断向自然界索取能源的历史。人类文明始于对火的使用。借助燃烧现象，人类知道了能源燃烧所带来的能量变化，并由此开始了物质文明的创造过程。伴随着能源的开发、利用，人类社会逐渐从刀耕火种的远古时代走向现代文明。人们通常把人类使用能源的历史大致分为四个时期：

柴草时期

第一时期：柴草时期。

大约50万年前，人类学会了使用工具和火，特别是学会了用火来取暖和做饭。此时的燃料主要是树枝、杂草等，能源利用进入了漫长的柴草时代。从火的发现到18世纪产业革命期间，树枝、杂草一直是人类使用的主要能源。柴草不仅能烧烤食物，驱寒取暖，还被用来烧制陶器和冶炼金属，人类一直以人力、畜力和极少量的水车、风车为动力，从事手工生产和交通运输。这一时期生产力低下，人类基本受制于大自然。

能源中煤炭和石油、天然气的重要性虽已居首位，但柴草作为生活能源却从未间断过，不少发展中国家的农牧民至今仍以柴灶为主。在能源危机的呼唤中，这种最古老的能源品种，又以它的易再生而再度受到关注。可以说人类是在利用柴火的过程中产生了支配自然的能力而成为万物之灵的。

第二时期：煤炭时期。

煤炭被大规模开采并使其成为世界的主要能源则是18世纪中叶的事了。意大利人马可·波罗在《东方见闻记》中记载了中国可燃的“黑石头”，即煤。其实，中国人早在一千多年前就开始使用煤。煤气灯的利用结束了人类的漫漫长夜。从18世纪中叶瓦特发明蒸汽机开始，煤炭作为蒸汽机的动力之源而受到关注，继而一跃成为第二代主体能源。第一次工业革命期间，冶金工业、机械工业、交通运输业、化学工业等的发展，使煤炭的需求量与日俱增，使纺织、冶金、采矿、机械加工等产业获得迅速发展。同时，蒸汽机车、轮船的出现使交通运输业得到巨大的发展。通过大规模使用机器，欧洲国家率先进入工业社会。直至20世纪40年代末，在世界能源消费中煤炭仍占首位。以煤炭作为主要的动力能源，人类开始对大自然进行大规模改造。

石油时代

第三时期：石油时期。

可再生能源时期

从19世纪末开始，以发明内燃机和电力为代表，人类进入以石油为主要能源的时代。工业革命带来了巨大的科技进步。1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，现代石油工业由此发端。1886年，德国人本茨和戴姆勒研制成以汽油为燃料、内燃机驱动的世界上第一辆汽车，从此开始了大规模使用石油的汽车时代。在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气，每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制得到的汽油、柴油等是汽车、飞机用的内燃机燃料。世界各国纷纷投资石油的勘探和炼制，新技术和新工艺不断涌现，石油产品的成本大幅度降低，发达国家的石油消费量猛增。到20世纪60年代初，在世界能源消费统计表里，石油和天然气的消耗比例开始超过煤炭而居首位。以石油和电能为基础，汽车、轮船、飞机、电力机车、发电站以及电话、电视、电子计算机等信息设备的发明和使用，将人类快速推进到现代文明时代。

第四时期：可再生能源时期。

进入21世纪，人类进入信息社会，也同时逐渐进入了利用可再生能源的时代。在使用石油、煤、天然气等化石能源以及核能的同时，水能以及太阳能、风能、生物质能等可再生能源也逐渐走上历史舞台。由于传统的化石能源面临枯竭，人类正在积极地开发可再生的新能源，尽管目前人类仍处于石油能源时期，但按照当前的发展趋势预测，到21世纪中叶，很可能形成包括水能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源以及核能的多种能源联合利用体系，可再生能源将至少占社会总能源需求的一半。

以上四个时期，前三个时期人类已经经历过，第四个时期是人们的主观臆测，能否实现，还有赖于人类社会意愿的集聚和相关材料科学、技术水平的提升。但是，不管怎样，以太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能为存在形式的可再生能源已经进入人类的视野，其大规模地开发、利用已箭在弦上。

沼气广泛应用

其实，以自然界各种自然现象为实质的各种可再生能源一直在我们身边，为什么我们以前就没有发现呢？

回顾历史，深入思考可再生能源被人类重视的过程，我们不禁“喜忧参半”：“喜”的是可再生能源被发现、利用首先离不开人类认知能力、科技水平的提高，没有相关技术、手段的支撑，我们身边的自然现象不可能成为可被利用的能源，“忧”的是人类对可再生能源的探求缘于对能源的过度贪婪——从人类社会能源利用的历史来看，人类对能源的利用一直呈索求无度的扩张态势，以为这是地球给予人类的恩赐，取之不尽。直到20世纪70年代的能源危机，人们在心惊胆战之余开始痛定思痛，把目光投向寻求常规化石能源的替代品。同时，由于全球城市化进程的不断加快，能源价格一再飙升，不管是发展中国家还是发达国家，都将在不远的未来，面临能源供应不足、不能满足经济发展需要的困境。况且，大规模使用煤、石油等化石能源会产生大量的温室气体，会污染环境。

能源消耗的过度和科技水平的提升促成了人们对可再生能源在全球范围内的关注。各国都将大规模开发、利用可再生能源当做能源战略的重要组成部分。以太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能为主的可再生能源具有使用过程清洁、无温室气体排放、可循环使用、不会枯竭的巨大优势，是大自然慷慨赋予人类的礼物，是人类社会摆脱全球能源危机的重要寄托，它将给人类社会的生存方式带来革命性的影响。同时，减少化石燃料的消耗是世界低碳经济发展的主要目标之一，提高终端能效、增加清洁能源的供应和消费比例是各国城市实现低碳转型最直接的体现。

可再生能源是指可以再生的能源总称，包括生物质能源、太阳能、光能、风能、沼气等，严格来说，可再生能源是任何人类历史时期都不会耗尽的能源。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。

中国可再生能源资源丰富，具有大规模开发的资源条件和技术潜力，可以为未来社会和经济发展提供足够的能源。例如，中国水能可开发的装机容量和年发电量均居世界首位；太阳能较丰富，年辐射量超过6000千瓦/平方米，每年地表吸收的太阳能大约相当于1.7万亿千瓦的能量；风能资源量约为16亿千瓦，初步估算可开发、利用的风能资源约10亿千瓦，按德国、西班牙，丹麦等风电发展迅速的国家的经验进行类比分析，中国可供开发的风能资源量可能超过30亿千瓦；海洋能资源技术上可利用的资源量估计约为4亿～5亿千瓦；地热资源的远景储量为1353亿千瓦，探明储量为31.6亿千瓦；现有生物质能源包括秸秆、薪柴、有机垃圾和工业有机废物等，资源总量达7亿千瓦，通过品种改良和扩大种植，生物质能的资源量可以在此水平上再翻一番。

随着越来越多的国家采取鼓励可再生能源利用的政策和措施，可再生能源的生产规模和使用范围正在不断扩大，2007年全球可再生能源发电能力达到了24万兆瓦，比2004年增加了50%。截至2006年年底，中国可再生能源年利用量总计为2亿吨标准煤，约占中国一次能源消费总量的8%，比2005年上升了0.5个百分点。

2007年至少有六十多个国家制定了促进可持续能源发展的相关政策，欧盟已确立了到2020年实现可持续能源占所有能源20%的目标，而中国也确立了到2020年使可再生能源占总能源的比重达到15%的目标。2007年，全球并网太阳能发电能力增加了52%，风能发电能力增加了28%。全球大约有5000万个家庭使用安放在屋顶的太阳能热水器获取热水，250万个家庭使用太阳能照明，2500万个家庭利用沼气做饭和照明。

太阳能热水器

根据中国中长期能源规划，2020年之前，中国基本上可以依赖常规能源满足对国民经济发展和人民生活水平提高的能源需要，到2020年，可再生能源的战略地位将日益突出，届时需要可再生能源提供数亿吨乃至十多亿吨标准煤所能提供的能源。因此，中国发展可再生能源的战略目的将是最大限度地提高能源供给能力，改善能源结构，实现能源多样化，切实保障能源供应安全。

在当今技术条件和物质条件下可再生能源的广泛利用，还有许多需要跨越的障碍。

首要障碍是高昂的前期成本，特别是一些设备安装的投入，如光伏发电板、风力发电装置等。据相关统计，以目前的产品寿命和发电效率来看，如果没有国家政策的补助，太阳能光伏发电板很难在其产品寿命内收回前期成本投入。

其次是能源的生产、使用在时间、地点上的不匹配所带来的障碍。例如，某地城市冬季需要热能，却因日照不足、太阳能光热转换效率低下而满足不了使用需求。而在夏季，建筑不需要太多热能，但是日照却很充裕，可以产生大量热能。又如，在远离城市的野外、海边等空旷地带，风能资源很充沛，可以产生很多能源，却没有使用者，而在城市密集地带，用能的需求很多，却没有有效的可利用资源……

生物质能

可再生能源大量利用的障碍还存在于一些技术、政策方面的制约。例如，许多风能、太阳能的利用需要先进的能量储存和传输技术，并需要国家政策的扶持，允许可再生能源生产的电能并入电网。(www.daowen.com)

虽然有着各种障碍，可再生能源的利用可能性仍在逐步加大，其趋势将不可逆转。

生物质能的利用：步伐加快

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能，就是太阳能以化学能的形式贮存在生物质中的能量，即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，是一种可再生能源。

目前，很多国家都在积极研究和开发、利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。地球上的生物质能资源较丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10～20倍，但目前的利用率不到3%。

依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物、畜禽粪便，还有沼气等几大类。生物质能具有可再生性、低污染性及广泛分布性。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，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。

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。

取之不尽的低碳能源：风能

风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。在自然界中，风是一种可再生、无污染且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。新疆达坂城风力发电站1992年已装机5500千瓦，是中国最大的风力电站。

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主。

丹麦最早利用风力发电，而且使用较普遍。虽然丹麦只有五百多万人口，却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国。世界1/2的大风轮生产厂家在丹麦，世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术，丹麦是名副其实的“风车大国”。

风力发电

截至2006年年底，世界风力发电总量居前3位的分别是德国、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%。

此外，风力发电逐渐走进居民住宅。在英国，迎风缓缓转动叶片的微型风能电机正在成为一种新景观。家庭安装微型风能发电设备不但可以为生活提供电力，节约开支，还有利于环境保护。堪称世界“最环保的住宅”就是由英国著名环保组织“地球之友”的发起人马蒂·威廉历时5年建造成的，其住宅的迎风院墙前就矗立着一个扇状涡轮发电机，随着叶片的转动，不断将风能转化为电能。

风能的优点是产业和基础设施发展较为成熟，是可再生资源，成本较低，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。其缺点是风能利用受较大的地理位置限制，它属于间歇性资源，并非所有地区都有效，且干扰雷达信号，噪音大，风速不稳定，产生的能量大小不稳定，转换效率低，能量存储成本较高。

前途无量的太阳能

太阳能是取之不尽、用之不竭的资源，如果人类能够合理加以利用，不仅能满足自身的能源需求，还会给子孙后代留下一笔宝贵的财富。德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所主任韦伯表示：“人类目前大约需要16兆兆瓦的电能，到2020年预计这一数字会达到20兆兆瓦，而地球陆地上所产生的太阳能是12万兆兆瓦。从这点来看，太阳能实际上是取之不尽的。”太阳能的利用分为太阳能光电利用和光热利用。

太阳能光电利用的方法有两种，一是使用凹面镜或者由电脑控制的平面日光反射镜将阳光集中到接收器上，然后产生蒸汽；二是利用半导体制成的光伏太阳能电池板将太阳能直接转化为电能。两种方法各有利弊：目前蒸汽管道聚光发电比光伏电池板效果好，但它要求有广阔的场地及较长的能源传输线，而光伏电池板可以直接放置在屋顶上。太阳能光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，几乎由全部以半导体物料制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接以产生更多电力。近年来，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用做窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

太阳能发电是一种新兴的可再生能源利用方式，人们可以使用太阳能电池，通过光电转换把太阳光包含的能量转化为电，也可以使用太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电。现在，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。

20世纪80年代中期，许多科学家开始致力于提高太阳能光伏板的效率。美国国家可再生能源实验室的科学家们发现不同的半导体能吸收不同的太阳光束。有科学家在镜面上涂上一层磷化铟镓和砷化铟镓的化合物，制造出一种新型的光伏太阳能电池板，该种太阳能板将太阳能利用率提高到40.8%，创造了历史记录，至今没人能打破。但由于该技术工艺复杂，难以投入大规模生产。而太阳能凹面镜的价格也是非常高，每平方厘米的价格达到1万美元，高昂的价格使人望而却步。另一种方法可以降低成本，但是必须牺牲效率。美国First Solar和Nano Solar公司研发的薄膜太阳能面板所需的原材料更少，这样能大大降低制造成本，从而使太阳能电力价格降至1美元每瓦。这一价格几乎接近火力发电的成本。

太阳能光电利用

现代的太阳热能利用科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水和蒸气。除了运用适当的科技收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光能和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的蓄热型建筑材料。

人类对太阳能的利用有着悠久的历史。中国早在两千多年前的战国时期，就知道利用四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用、太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有光化学反应、被动式利用两种方式。

太阳能的优点是没有地域的限制，可直接开发和利用，且毋需开采和运输，利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，每年到达地球表面的太阳辐射能约相当于130万亿吨标准煤，其总量属现今世界上可以开发的最大规模的能源，根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

太阳能光热利用

太阳能作为一种可被利用的能源也有着如下缺点：分散性，即到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低；不稳定，由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。

为了使太阳能成为连续、稳定的能源，最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。太阳能利用的效率低，成本高，在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，将主要受到经济因素的制约。