浩瀚无垠、运动不息的海水，拥有巨大的可再生能源。我们可以通过各种方法将潮汐、波浪、温差、盐度差转变成电能、机械能或其他形式的能量。世界海洋能的蕴藏量为750多亿千瓦，波浪能占93%，达700多亿千瓦。潮汐能10亿千瓦，温差能20亿千瓦，海浪能10亿千瓦。这么巨大的能源资源是目前世界能源总消耗量的数千倍。如此看来，世界能源的未来将倚重海洋。
认识能量与能源
物质、能量和信息是构成客观世界的基础。世界是由物质构成的，没有物质，世界便虚无缥缈。运动是物质存在的形式，是物质固有的属性，能量则是物质运动的度量。
由于物质存在各种不同的运动形态，因此，能量也就具有不同形式。
宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转化。人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。所谓能量，说的宽泛一点，就是“产生某种效果（变化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化）的过程必然伴随着能量的消耗或转化。
物质是某种既定的东西，既不能被创造也不能被消灭，因此，作为物质属性的能量也一样不能创造和消灭。
对于能量的利用，从实质上讲就是利用自然界的某一自发变化的过程来推动另一人为的过程。例如，水力发电就是利用水会自发地从高处流往低处的这一自发过程，使水的势能转化为动能，再推动水轮机转动，水轮机又带动发电机，通过发电机将机械能转换为电能供人类利用。显然，能量利用的优劣，利用效率的高低与具体过程密切相关。
而且利用能量的结果必然和能量系小型柴油发电机统的始末状态相联系。例如，水力发电系统通过消耗一部分水能来获得电能，系统的始末状态（如水位、流量等）都发生了变化。对能量的分类方法没有统一的标准，到目前为止，人类认识的能量有六种形式。
早期的水电站
1878年，法国建成世界第一座水电站。美洲第一座水电站建于美国威斯康星州阿普尔顿的福克斯河上，由一台水车带动两台直流发电机组成，装机容量25千瓦，于1882年9月30日发电。
欧洲第一座商业性水电站是意大利的特沃利水电站，于1885年建成，装机65千瓦。19世纪90年代起，水力发电在北美、欧洲许多国家受到重视，利用山区湍急河流、跌水、瀑布等优良地形位置修建了一批数十至数千千瓦的水电站。
1.机械能
机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，前者称之为动能，后者称之为势能。它们都是人类最早认识的能量形式。
2.热能
热能是能量的一种基本形式，所有其他形式的能量都可以完全转换为热能，而且绝大多数的一次能源都是首先经过热能形式而被利用的，因此，热能在能量利用中有重要意义。
3.电能
电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常是由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反之，电能也可以通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。
4.辐射能
辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。物体会因各种原因发出辐射能，其中，从能量利用的角度而言，因热的原因而发出的辐射能（又称热辐射能）是最有意义的，例如，地球表面所接受的太阳能就是最重要的热辐射能。
5.化学能
化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质或物质在化学反应过程中以热能形式释放的内能称为化学能。人类利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素正是煤、石油、天然气、薪柴等燃料中最主要的可燃元素。
6.核能
核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。原子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的能量，这种能量就是核能。
认识了能量，让我们来认识一下能量的来源——能源。从广义上讲，在自然界里有一些自然资源本身就拥有某种形式的能量，它们在一定条件下能够转换成人们所需要的能量形式，这种自然资源显然就是能源，如煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。
但生产和生活过程中由于需要或为便于运输和使用，常将上述能源经过一定的加工、转换使之成为更符合使用要求的能量来源，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等，它们也称之为能源，因为它们同样能为人们提供所需的能量。
能源是人类活动的物质基础。
从某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展、能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。
自工业革命以来，就开始出现能源核电站安全问题。在全球经济高速发展的今天，能源安全问题已经引起世界各国的高度重视，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。
人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，如能源短缺、资源争夺和过度使用能源造成的环境污染等问题。
那么，究竟什么是“能源”呢？
关于能源的定义，目前约有20种。
例如，《科学技术百科全书》说：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：
“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”；《日本大百科全书》说：
“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来做功，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”；我国的《能源百科全书》说：“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。”可见，能源是一种推动历史进程的工业革命呈多种形式的，并且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。能源（也称能量资源或能源资源），是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可做功的物质统称，是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、氢能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。
最有潜力的氢能资源
氢能或称氢经济，即是利用氢气经过化学反应后所产生的能量，是燃料电池的一种，它不但不会产生废气污染环境，而且也可以储存能量，所以是目前正在研究大量生产的方法。氢能在21世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。
它是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。
燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。
正在枯竭的常规能源
常规能源又称传统能源。已经大规模开采和广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源属于常规能源。商品能源是作为商品经流通环节大量消费的能源。目前，商品能源主要有煤炭、石油、天然气、水电和核电五种。非商品能源主要指枯柴、秸秆等农业废料、人畜粪便等可就地利用的能源。非商品能源在发展中国家农村地区的能源供应中占有很大比重。
1.煤炭
科学家早就发现，煤是由植物变来的。可人们无法把绿油油的树枝、棕褐色的树干和黑色的像石头一样硬邦邦的煤联系在一起。
我们知道，绿色植物的叶子中，含有叶绿素，它可通过叶片上的气孔，从空气当中吸收二氧化碳，和太阳的辐射能相作用，将太阳能转变为生物能。我们把这个过程就叫做“光合作用”。
植物最容易在多水的低洼地区、沼泽地带生长。这里水量充足，营养丰富，能够成为大量植物聚居繁殖的地方。
死亡了的浮游生物和沼泽植物的遗体不断堆积在湖泽里，使水面越来越浅，养料越来越丰富。大的植物也得以生长发育，从而使沼泽地带最后出现了茂盛的森林。森林一批批生长，又一批批死亡，周而复始。死亡了的植物遗体在沼泽里愈积愈多，而且会慢慢沉入水底。
沉入水底的植物遗体，由于避开了和氧的接触，因而不会腐烂。在一种叫做“厌氧菌”的微生物的作用下，它们发生了分解和变质。氢、氧、氮等元素的含量逐渐减少，碳元素的含量相对增加。最后，植物遗体变为一种黑褐色或褐色的淤泥状物质——泥炭。
泥炭可作为燃料，也可作为肥料和化工原料。但泥炭不是真正的煤，只是煤的前身。由植物遗体变化到泥炭，地质学上叫做“泥炭化阶段”。泥炭化阶段是大自然造煤过程的第一步。这一过程需要千百万年的时间。
如果地壳是静止的，越积越多的植物遗体很快就会把沼泽填满，最后使之干涸。露在空气中的植物遗体被喜氧细菌分解，泥炭作用就会停止。然而，地壳是运动的，有时缓慢，有时剧烈，有时上升，有时下降。地壳上升时，沼泽变平地，泥炭化过程会停止。地壳下降速度沼泽若比泥炭层“成长”的速度快，沼泽就会变成湖海，泥炭作用也不会进行。只有地壳下降的速度正好和泥炭层“成长”速度一致，植物才能持续地生长死亡，泥炭化过程才能持续不断地进行，而泥炭层才能不断地形成和加厚。所以，仅有沼泽地形和大量生长的植物这两个条件还是不够的。适当的、有节奏的地壳运动也是大自然造煤的一个必要条件。
造煤的条件这样苛刻，这就不难知道，古代的植物能够变成为煤而保存到今天的，其实只是极小极小的一部分而已。
地壳升升降降，大水进进退退，会在地壳中形成很多层厚薄不一的泥炭层。地壳的下降，使泥炭层被慢慢地挤到地下。这里，一方面微生物越来越少，作用越来越弱；另一方面，厚厚的地层对地下的泥炭施加了强大的压力。而且，温度随被埋的深度而逐渐升高。这样，被埋在地下的泥炭就发生了新的变化。
它变得越来越致密结实，体积被压缩到只有原来的1/5～1/10，同时放出大量的水分和挥发物，碳的含量相对地增加。泥炭终于变成了煤。
这种煤叫做褐煤。
将泥炭变成为褐煤的作用，我褐煤矿们把它叫做“岩化作用”。这需要数百万年才能完成。
埋藏在地下深处的褐煤，依然受着高温高压的影响，变化过程仍在继续进行。褐煤会不断地失去水分和挥发成分，进一步增加碳的含量，以致变成为烟煤。
褐煤成为烟煤后，变化过程也没有终止。高温高压使烟煤里的水分和挥发成分继续减少，碳的含量继续增加，最后变成无烟煤。由褐煤、烟煤到无烟煤。最明显的是煤里面的碳元素含量的增加。因而这种作用又叫做“碳化作用”或者“变质作用”。
“变质作用”的过程，实际上是一个逐渐失去水分和不断增加含碳量的过程。变质程度越深的煤，含碳量越高，含碳量越高，表示越成熟。所以，在煤炭世界中、最成熟的是无烟煤，烟煤次之，褐煤最差。
虽说煤像黑石头，但真正像石头那样致密的只是无烟煤。褐煤身上往往有不少裂缝，显得很疏松。
烟煤既不像褐煤那样疏松，也不像无烟煤那么结实。
褐煤多呈褐色，其名称即由此而来，有些褐煤是黑褐色或黑色的，有些则带有淡黄的颜色。褐煤的光泽一般较暗淡。烟煤大多数呈黑色——暗黑色或亮黑色，无烟煤一般的呈铜灰色，且具有明亮的金属或半金属光泽。
这三种煤都能燃烧，但发热的能力却不一样。褐煤生性活泼，很容易被火点着，燃烧时冒出浓重的黑烟。但火力不强。烟煤燃烧起来火很旺，烟很浓，火苗呈黄红色，无烟煤块故人们常称之为“红火煤”。无烟煤生性冷静。不易点燃，但一旦烧起来温度高，火力足，冒烟很少。
其火焰呈蓝色，故得了个雅号——
“蓝火煤”。
无烟煤热值高，是一种很好的工业和民用燃料。无烟煤又可以用来制造煤气、电极、化肥、还可以用来炼铁。
煤是工业的粮食
煤对于现代化工业来说，无论是重工业，还是轻工业；无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业，还是轻纺工业、食品工业、交通运输业，都发挥着重要的作用，各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭，因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，不仅储量大，分布广，而且种类齐全，煤质优良，为中国工业现代化提供了极为有利的条件。
褐煤作为燃料价值是不大的，但作为化工用煤却很有用处。它可以用来制造煤气，用来生产有机原料从而获得形形色色的化工产品。
含油率高的褐煤还可以用来炼制液体燃料。
烟煤可以说是一个多面手。按照工业上的分类，烟煤可分为8类：
贫煤、瘦烟、焦烟、肥煤、气煤、弱黏结煤、不黏结煤和长焰煤。其中，贫煤、气煤、弱黏结煤、不黏结煤和长焰煤等可用来生产煤气；气煤、弱黏结煤、不黏结煤和长焰煤等可用作上等的动力燃料；长焰煤可用来炼制液体燃料；焦煤、肥煤、气煤、瘦煤和弱黏结煤等可用来炼制焦炭，这是烟煤所作出的最为宝贵的一项贡献。
煤是火力发电厂的主要燃料。
到20世纪80年代中期，我国使用的一次能源中，70%以上是煤。如果没有煤，火车就要停开，工厂就要停工，城市就会陷入一片黑暗……
虽然现在在很多领域都开发利用了新能源，但煤在生产生活中的利用仍占很大比例。煤还是炼铁的主要燃料，冶炼1000千克生铁，要往高炉里装进400～600千克焦炭。而焦炭正是由煤炼成的。焦炭既是炼铁的燃料，又是炼铁的原料——还原剂。要炼出好的钢铁，必须有优质的焦炭。
煤还是有机化工原料。1000千克优质炼焦煤，经过高温焦化，可以得到700～800千克焦炭。除此之外，还可得到30～40千克焦油和100多千克的焦炉气。
焦油的成分极其复杂，现已分离出了480多种，是珍贵的“化工原料宝库”。用焦油可以制出五彩缤纷的颜料，沁人心脾的各种香料，神通广大的人造橡胶，品种繁多的人造纤维，还有化肥、农药、溶剂、油漆、糖精、樟脑丸……
煤其实浑身是宝，就连看似没有用的煤灰、煤渣，也可以制成水泥、砖瓦、砌块等等。
但是煤的污染也是显而易见的，煤炭从开采、洗选、贮运到加工转化利用的各个环节，都会产生废水、废气、废渣的三废污染，对人类的生存环境是个极大的挑战。
2.石油、天然气
古代海洋或大型湖泊里的大量微生物、动植物死亡后，遗体会被埋在泥沙下面，在缺氧的条件下逐渐分解变化。随着地壳的升降运动，它们又被送到海底，被埋在沉积岩层里，承受高压和地热的烘烤，经过漫长的转化，最后形成了石油这种液态的碳氢化合物。石油在地层中一点一滴地生成，并浮游于地层中。由于浮力的关系，油点在每年缓慢地沿着地层或断层向上移动，直到受不透油的封闭地层阻挡而停留下来。当此封闭内的油点越聚越多，便形成了油田。
科学家们认为，天然气的形成多数与生物有关，例如礁型的天然气资源。在地质历史中，海洋里生存着大量的生物，它们在生长过程中具有分泌钙质骨骼的能力，在水深、温度、光照和海水含盐度适宜的条件下，这些生物一代又一代地繁殖，便形成了坚固的生物礁。研究得知，钙藻类、海绵、水螅、苔藓虫、层孔虫、珊瑚等等都曾是地质历史中的造礁生物，现代海洋中火力发电厂五彩缤纷的珊瑚的生物礁就是由珊瑚和藻类共同形成的。在漫长的地质史中形成的礁体厚度巨大，它们死亡后，被沉积物覆盖并埋藏在地层深处，在长期的地质作用下，逐渐成为天然气形成的物质基础。
根据地质学推论，石油在地球上的历史可追溯到200万到52000万年之前，对于这段漫长的时间，最直观的比较就是人类诞生到现在大概只是经历了50万～100万年。
石油与天然气的成因和形成历史相同，二者可能是同时生成的。
它们都是通过钻探到储油层或储气层的井开采出来。往往在一个储层中同时含有石油和天然气，但有时天然气转移到另一个地方就会造成油气“分家”的现象。
石油的广泛应用虽然仅有百余年的历史，但却已极大地改变了人类的生活。
我们生活中每天都离不开的汽车、轮船、火车、拖拉机以及推动各种机械工作的发动机，而这些机器一旦离开石油，就得停止工作。
在此意义上，石油被人们喻为“工业的血液”。同时，石油又是人类探索未来的动力来源。航天飞机、宇宙飞船，这些都在石油问世以后才成为可能。
石油除了作能源，还是一种重要的工业原料。石油和天然气的产品乙烯，是合成橡胶、合成纤维和合成塑料等三大合成材料的基本原料。石油和天然气的其他产品如苯、甲苯和二甲苯既是三大合成材料的重要原料，也是医药、农药和炸药等的重要原料。以石油和天然气为原料的石化工业产品油漆、照相材料、化肥、肥皂、香水，纸张和容器等数千种，既广泛应用于各工业部门，又深度融入于千家万户的日常生活。尽管石化工业是第二次世界大战以后才崛起的，但现已成为世界上最大最重要的工业之一。
作为一种能源，石油具有如下的特点：
首先其燃烧的充分性及高热值。石油的燃烧值在所有的常规能源中最高。而且，石油引燃容易，燃烧彻底，燃后几乎无灰烬。这正符合内燃机燃料的要求。
其次，石油比重小，具有
流动性。石油的比重相当于煤的石油化工厂50%～60%，加之具有流动性，不仅便于长途运输，更主要的是可以大大简化机器内部的传递程序，便于加工过程中的管道输送，提高机械效能。
石油的起源
最早钻油的是中国人，最早的油井是4世纪或者更早出现的。中国人使用固定在竹竿一端的钻头钻井，其深度可达约1000米。他们焚烧石油来蒸发盐卤制食盐。10世纪时他们使用竹竿做的管道来连接油井和盐井。古代波斯的石板纪录似乎说明波斯上层社会使用石油作为药物和照明。最早提出“石油”一词的是公元977年中国北宋编著的《太平广记》。正式以“石油”命名是中国北宋杰出的科学家沈括（1031-1095）在所著《梦溪笔谈》中因这种油“生于水际砂石，与泉水相杂，惘惘而出”而起始的。
在石油一词出现之前，国外称石油为“魔鬼的汗珠”“发光的水”等，中国称“石脂水”“猛火油”“石漆”等。
最后是石油开采比较容易，成本低廉。石油在地下是承压的液体矿产，通常钻井后即能自动喷出地表，比其他固体矿产的开采简便得多。在产油大国沙特阿拉伯，开采1桶石油所获得的利润比成本高50倍以上。在一些国家，采1000千克油的成本大约只是开采1000千克煤的1/3.
正是由于以上的特点，石油一旦进入人类的生活，很快就压倒其他所有的能源而独占鳌头。
3.水能
由于地球上水的总量恒定，在太阳能作用下不断进行着蒸发、降水循环，因此，水能是可再生的能源，用之不尽。然而，对具体的水电站来说，泥沙淤积会使有效水库容积减少，损失一部分水能。除了发电，水流的机械能也可直接利用。
水电站还有启动快、停机快的海上航行的巨型油轮特点，对变化的电力负荷适应性很强，可以为电力系统提供最便利、有效的调峰、调频和备用手段，保证电网运行的安全性。
2001年底，我国水力发电装机达到0.83亿千瓦，占江河可开发水电装机容量的21.93%；2001年水电发电量2661亿千瓦·时，占江河可开发水电量的13.83%。与世界上主要发达国家相比，我国水能资源开发利用程度目前还是较低的。
（1）陆地上水能资源特点①资源丰富，但分布不均。水能资源西部多、东部少，而东部地区经济发展领先于西部，并且这种局面会持续相当长时间，东部比西部的电力需求增长更快。因此，把西部水电分别横向送往东部，成为水能开发的主要格局。另一方面，西部地区也将会结合自己的自然特点，把开发水电作为地区经济腾飞的前导，逐渐使我国经济重心西移，缩小差别。
②可建水电站中大型的比较多，位置集中。全国可开发的单站装机1万千瓦以上的水电站其装机容量和年发电量占总数的80%左右；单站200万千瓦以上的特大型水电站有几十座。这些电站多数集中分布在西南地区。此区域人烟稀少，水库淹没损失小，适合建设高坝大库；
但由于地处高山峡谷，交通不便，水电站自然条件差，工程往往十分艰巨。
③气候受季风影响，降水和径流在年内分配多不均匀。夏季到秋季4～5个月的径流占全年的60%～70%，冬季径流量很少。因而，水电站的季节性电能较多。为充分利用水能资源和满足电力系统要求，在水电规划中，都应考虑共建水库调节径流。
④人口多，耕地少，建水库往往受到淹没损失的限制。在河流的中、下游地区，这个矛盾就更为突出。
随着经济发展、人口增长和人民生活水平的提高，水库淹没损失问题对水电站建设的影响将越来越大。
⑤大部分河流，特别是河流中、下游多有综合利用要求。在水能开发中，要特别注意整体规划，兼顾各方面要求，以取得最大的综合经济效益和社会效益。
（2）我国水能资源的分布及特点我国地域辽阔、江河众多，径流丰沛、落差巨大，蕴藏着极为丰富的水能资源。世界水能资源分为理论蕴藏量、技术可开发量和已正开发量。而我国的水能资源划分为理论蕴藏量、技术可开发量、经济可开发量和已正开发量四项。水能资源理论蕴藏量是指河川或湖泊的天然水能能量（年水量与水头的乘积），以年发电量和平均功率表示。
三峡大坝远观照
技术可开发量是指河川或湖泊在当前技术水平条件下可开发利用的资源量（年发电量和装机容量）。经济可开发量是指河川或湖泊在当前技术经济条件下，具有经济开发价值的资源量（年发电量和装机容量），即与其他能源相比具有竞争力，且没有制约性环境问题和制约性水库淹没处理问题的资源量。已正开发量是指已经建成或正在建设之中的水电站资源量（年发电量和装机容量）。
世界水能总蕴藏量为505万兆瓦，其中技术可开发利用量约为226万兆瓦。年发电量达14.4万亿千瓦·时。
伊泰普水电站
伊泰普水电站位于巴拉那河流经巴西与巴拉圭两国边境的河段。这时河水流量大，水流湍急。
两国政府共同开发水力资源，历时16年，耗资170多亿美元，1991年5月建成举世界瞩目的伊泰普水电站，大坝全长7744米，196米，拦腰截断巴拉那河，形成面积1350平方千米、库容290亿立方米的人工湖。电站安装了18台发电机组，总装机容量1260万千瓦，年发电量可达750亿度。电站的建成是拉丁美洲国家间相互合作的重要成果，曾被称为人类的“第七大奇迹”。
我国水力资源丰富，全国农村水力资源（0.1兆瓦≤单站装机容量≤50兆瓦）可开发装机容量为128万兆瓦。其中，第四次复查（10兆瓦以上河流，0.5兆瓦≤单站装机容量≤50兆瓦）的小水电资源可开发装机容量65210兆瓦，补充复查增加62790兆瓦。我国农村小水电资源点多面广，遍及全国30个省（自治区、直辖市）1600多个县（市），主要集中在西部地区。截至2005年底，全国建成小水电站4万多座，装机容量超过4万兆瓦，年发电量1200多亿千瓦·时，分别占全国水电装机和发电量的1/3.星罗棋布的小水电站给广大农村和乡镇带来了光明。全国1/2的国土、1/3的县市、1/4的人口主要依靠小水电供电，累计解决了3亿多人口的用电问题。
根据2005年发布的台湾水能资源复查结果，其理论蕴藏量11652兆瓦，年发电量1021.7亿千瓦·时；
技术可开发装机容量5048兆瓦，年发电量201.5亿千瓦·时；经济可开发装机容量3835兆瓦，年发电量138.3亿千瓦·时。到2002年底已在建水电站装机容量为2010兆瓦，年发电量为59.3亿千瓦·时。
新能源“大观园”
1、太阳能
广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。
太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光-热转换、光-电转换、光-
化转换三种。光-热转换。太阳能集热器以空气或液体为传热介质吸热，可以采用抽真空或其他透光隔热材料来减少集热器的热损失。太阳能建筑分为主动式和被动式两种，前者与常规能源采暖相同；后者是利用建筑本身吸收储存能量。
光-电转换。太阳能电池类型很多，如单晶硅、多晶硅、硫化镉和砷化锌电池。非晶硅薄膜很可能成为太阳能电池的主体，缺点主要是光-电转换率低，工艺还不成熟。目前，太阳能利用转化率为10%～12%。据此推算，到2020年，全世界能源消费总量大约需要25万亿升原油，如果用太阳能替换，只需要约97万千米的一块吸太阳能的“光板”就可以实现。“宇宙发电计划”在理论上是完全可行的。
光-化转换。光照半导体和电解液界面使水电离直接产生氢的电池。即光化学电池。
利用太阳能的方法主要有：太阳能电池，通过光-电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。
对太阳能的利用可以进行以下分类：
太阳能光伏。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，由几乎全部以半导体物料（如硅）制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，所以可以长时间地操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可以为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可以为房屋照明，并且能为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可以连接，以产能量之源——太阳能生更多的电力。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。
太阳热能。现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物也可以利用太阳的光和热能，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建筑材料。
太阳光合能。植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物。因此。
可以人为地模拟植物的光合作用，大量合成人类需要的有机物，提高太阳能利用效率。
2.核能
核能是通过转化其质量，从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的能量方程E=mc2.
核能的释放形式有以下三种：
核裂变能。所谓核裂变能，是指通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量。
核聚变能。由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素——氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损，释放出巨大能量采光良好的落地窗设计的反应，叫做核聚变反应，其释放出的能量被称为核聚变能。
核衰变。核衰变是一种自然的、慢得多的裂变形式，因为其能量释放缓慢而很难加以利用。
目前核能的利用存在许多问题，主要问题有：资源利用率低；
反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未被完全解决；反应堆的安全问题尚需要不断监控及改进；核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受其控制；核电建设投资费用仍然比常规能源高，投资风险较大。
3.风能
即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。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累计小时数。风能的利用主要是风力发电和风力提水。
风力发电是现代利用风能最常见的形式，自19世纪末丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展，利用风来做其他事情。1977年，联邦德国在著名的风谷——石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔——建造了一台世界上最大的发电风车。该风车高150米，每个桨叶长40米，重18吨，用玻璃钢制成。经过几十年的发展，在风能资源良好的地点，风力发电已经可以与普通发电方式竞争。全球装机容量每翻一番，风力发电成本下降12%～18%。风力发电的平均成本从1980年的46美分每千瓦·时下降到目前的3～5美分每千瓦·时（风能资源良好的地点）。1994年，全世界的风力发电机装机容量已经达到300万千瓦左右，每年发电约50亿千瓦·时。2010年，岸上风力发电成本将低于天然气成本，近海风力发电成本将下降25%。随着成本的下降，在风速低的地区安装风电机组也是经济的，这极大地增加了全球风电的潜力。过去10年间，全球风电装机容量的年平均增长率为核裂变所释放的巨大能量30%。2003年全球新增风电装机容量约为8250兆瓦，总风电装机容量约为40290兆瓦。风能是在太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永远不会枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区的意义尤为重要。
风力发电的前景
未来几年，亚洲和美洲将
成为风力发电最具增长潜力的地区。中国的风电装机容量将实现每年30%的高速增长，印度风能也将保持每年23%的增长速度。
印度鼓励大型企业进行投资发展风电，并实施优惠政策激励风能制造基地，目前印度已经成为世界第5大风电生产国。而在美国，随着新能源政策的出台，风能产业每年将实现25%的超常发展。
在欧洲，德国的风电发展处于领先地位，其中风电设备制造业已经取代汽车制造业和造船业。在近期德国制定的风电发展长远规划中指出，到2025年风电要实现占电力总用量的25%，到2050年实现占总用量50%的目标。
4.生物质能
生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式储存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是储存的太阳能，更是唯一一种可再生的碳源，并且可以转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，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，其中蕴涵的能量相当于全世界能源消耗总量的10～20倍，但尚未被人们合理地利用，多半直接当做薪柴使用，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养能源植物，发展风力发电机组能源农场。
截至2006年年底，我国全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质的生活燃料。
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2000万立方米。
5.地热能
地热能是离地球表面5000米以内，15℃以上的岩石和液体的热源能量。据有关组织推算，约为14.5×1025焦，约相当于4948万亿吨标准煤的热量。地热来源主要是地球内部放射性同位素热核反应产生的热能。我国一般把高于150℃
的称为高温地热，主要用于发电；
低于此温度的叫做低温地热。通常直接用于采暖、工农业加温、水产养殖及医疗和洗浴等。早在1990年底，世界地热资源开发利用于发电的总装机容量就已达到588万千瓦，沼气池地热水的中低温直接利用约相当于1137万千瓦。地热能的开发利用已有较长的时间，地热发电、地热制冷及热泵技术都已经比较成熟。在发电方面，国外地热单机容量最高已经达到60兆瓦。采用双循环技术，可以利用100℃左右的热水发电。
我国单机容量最高为10兆瓦，与国外有较大差距。另外，发电技术目前还有单级闪蒸法发电系统、两级闪蒸法发电系统、全流法发电系统、单级双流地热发电系统、两级双流地热发电系统和闪蒸与双流两级串联发电系统等。我国适合于发电的高温地热资源不多，总装机容量为30兆瓦左右，其中西藏羊八井、那曲、郎久三个地热电站规模较大。
6.可燃冰
可燃冰是20世纪60年代以来发现的一种新的能源资源。它具有能量密度高、分布广、规模大等特点，被公认为21世纪新型洁净高效能源之一，日益引起世界各国政府的关注。其总能量为煤、油、气总和的2～3倍。虽然可燃冰有巨大的能源前景，然而是否能对其进行安全开发，使之不会导致甲烷气体泄漏、产生温室效应、引起全球变暖、诱发海底地质灾害等，这些都是可燃冰作为新能源在应用过程中需要研究和重视的内容。
