除核能、深部地?zé)崮芡?，地球上人?lèi)利用的無(wú)論是煤、石油、天然氣、頁(yè)巖氣、天然氣水合物等常規(guī)或非常規(guī)化石能源，還是水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、淺表地?zé)崮?、海洋能（波浪、潮汐、洋流、溫差能）等可再生能源，歸根結(jié)蒂都源自太陽(yáng)能。根據(jù)天文觀測(cè)和恒星理論，太陽(yáng)是宇宙星際氣體收縮形成的恒星，直徑約139.2萬(wàn)km，是地球的109倍，質(zhì)量約2×1030kg，表面溫度約5760K，中心溫度在1.5×107 K以上、壓力約為 2.5×1011大氣壓。在中心區(qū)域持續(xù)發(fā)生著由4個(gè)氫原子核聚變?yōu)?個(gè)氦原子核（41H→4He）的熱核反應(yīng)，每秒約有7.75× 1010kg氫聚變轉(zhuǎn)化，釋放出3.83×1026 J能量，減少自身質(zhì)量4×109kg。太陽(yáng)形成至今已有45~50億年，正處于穩(wěn)定的中年期，其穩(wěn)定壽命至少還有50多億年。太陽(yáng)距地球約1.5 億km，太陽(yáng)光幅射抵達(dá)地球需近500s。太陽(yáng)的總輻射能量抵達(dá)地球的僅為22億分之一，每秒約173000TW，相當(dāng)于500 多萬(wàn)t煤燃燒的熱量，每年相當(dāng)于170萬(wàn)億t燃煤放出的熱量，約為世界年耗能的1萬(wàn)倍。因此，對(duì)人類(lèi)而言，太陽(yáng)實(shí)際上是取之不盡的光和熱的源頭。由于太陽(yáng)自身活動(dòng)、地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)、緯度、地形、海拔、云量和大氣質(zhì)量等差異，太陽(yáng)光達(dá)至地球表面的幅射強(qiáng)度時(shí)空分布不均衡。北非撒哈拉沙漠、澳大利亞中部高原、中國(guó)青藏高原等地區(qū)每平方米年幅射量幾乎是南北極地區(qū)的2.5倍以上。

中國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，各地年輻射量3340~8400MJ/m2?？煞譃?類(lèi)資源區(qū)：一類(lèi)為太陽(yáng)能資源豐富區(qū)，全年日照為 3200~3300h，年輻射量大于6300MJ/m2 （相當(dāng)于215kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的熱量），主要包括甘肅、寧夏、新疆南部、青海和西藏等地。以西藏西部為最高，全年日照達(dá)2900~3400h，年輻射量7000~8000MJ/m2，僅次于撒哈拉沙漠；二類(lèi)為太陽(yáng)能資源較豐富區(qū)，全年日照為3000~3200h，年輻射量5400~6300 MJ/m2 （相當(dāng)于185~215kg標(biāo)準(zhǔn)燃煤的熱量），主要包括新疆北部、內(nèi)蒙古南部、晉冀北部、京津、西藏東南部；三類(lèi)為太陽(yáng)能資源中等區(qū)，全年日照為1400~3000h，年輻射量為4600~ 5400MJ/m2 （相當(dāng)于157~185kg標(biāo)準(zhǔn)燃煤的熱量），主要包括東北、陜北、甘晉豫冀魯東南部、江浙皖贛閩、兩湖、兩廣、云南、海南和臺(tái)灣等廣大地區(qū)；四類(lèi)是太陽(yáng)能資源較差地區(qū)，全年日照為1000~1400h，年輻射量低于4600MJ/m2 （不足 157kg標(biāo)準(zhǔn)燃煤的熱量），主要包括渝川貴等地，但也相當(dāng)于歐洲多數(shù)地區(qū)。中國(guó)地表年輻射總量約為5×1016 MJ，相當(dāng)于 17060億t標(biāo)煤燃燒的熱值，約為2013年中國(guó)一次能耗的350 倍。

中國(guó)一、二、三類(lèi)太陽(yáng)能資源區(qū)約占國(guó)土面積的2/3，既有西部大片荒漠，適合建造規(guī)模太陽(yáng)能電站的一類(lèi)光照地區(qū)，又有地處人口和負(fù)荷密集的中東部二、三類(lèi)光照地區(qū)，可發(fā)展分布式太陽(yáng)能光電、光熱利用。隨著大氣污染治理取得成效，各地單位面積的年輻射量將會(huì)有所上升。中國(guó)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用有十分廣闊的前景。

風(fēng)是由于地面各處受太陽(yáng)輻照后氣溫變化和水蒸氣含量不同造成氣壓差異而引起空氣流動(dòng)的自然現(xiàn)象，是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的空氣動(dòng)能。其資源量取決于風(fēng)能密度和可利用的年累計(jì)時(shí)數(shù)。風(fēng)能密度是指單位迎風(fēng)面積的風(fēng)能功率，它與風(fēng)速的三次方和空氣密度成正比。據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽(yáng)能中大約只有2％轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但總量仍十分可觀。全球的風(fēng)能資源約為2.74×109 MW，其中可利用資源為2×107 MW，約是全球可開(kāi)發(fā)水力資源的10倍。中國(guó)風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量32.26億kW，陸上可開(kāi)發(fā)資源2.53億kW，近?？衫蔑L(fēng)能7.5億kW，約為可開(kāi)發(fā)水力資源的2倍。

風(fēng)能（windenergy）資源密度低、風(fēng)向和強(qiáng)度隨時(shí)間變化，受地理地形影響較大，分布也很不勻衡。風(fēng)能資源多集中在沿海和開(kāi)闊大陸的收縮地帶，如美國(guó)阿拉斯加州、加利福尼亞州北部沿岸、北歐、俄羅斯東部沿海、澳大利亞和阿根廷南部沿海等。

中國(guó)內(nèi)蒙、新疆和甘肅、華北、東北風(fēng)能資源也很豐富，東南沿海、海南和臺(tái)灣的風(fēng)力資源也很具開(kāi)發(fā)潛力。東南沿海及附近島嶼的風(fēng)能密度可達(dá)300W/m2以上，3~20m/s風(fēng)速年累計(jì)時(shí)數(shù)超過(guò)6000h。內(nèi)陸風(fēng)能資源最好的是內(nèi)蒙至新疆一帶，風(fēng)能密度也在200~300W/m2，3~20m/s風(fēng)速年累計(jì)達(dá)5000~6000h。風(fēng)能是儲(chǔ)量巨大，技術(shù)比較成熟，開(kāi)發(fā)成本較低的清潔可再生能源。

水能（hydroenergy）包括轉(zhuǎn)化利用水的勢(shì)能和動(dòng)能，也是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)。水力資源分布受水文、氣候、地貌等條件限制。廣義水能資源包括河流水能及潮汐、波浪、洋流能等；狹義水能資源指開(kāi)發(fā)利用最為成熟的河流水能。全球理論水能資源蘊(yùn)藏量6.8億kW，每年可開(kāi)發(fā)提供41.3萬(wàn)億kW·h 電能，其中技術(shù)可開(kāi)發(fā)水能資源為11.75萬(wàn)億kW·h/年。中國(guó)地勢(shì)西高東低，多數(shù)地處東亞季風(fēng)帶，雨量充沛，河流縱橫、落差巨大，水能資源豐富，資源總量為6.76億kW，年可發(fā)電量為5.92萬(wàn)億kW·h；技術(shù)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量為5.42億kW，年可發(fā)電量為2.47萬(wàn)億kW·h，居世界首位。但中國(guó)人均水力資源并不富裕，時(shí)空分布也不均衡，多集中在中西部，與負(fù)荷需求不相匹配。經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的西部云貴川渝桂、陜甘寧青藏新等省區(qū)約占全國(guó)水力資源總量的82.5％，特別是西南云貴川藏渝地區(qū)占70％；其次是中部的蒙晉豫、鄂湘皖贛等省區(qū)占10％；而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、用電負(fù)荷集中的東北和中東部京津冀魯、江浙滬粵閩瓊等省市僅占7.5％；由于季風(fēng)氣候特點(diǎn)，多數(shù)河流年內(nèi)、年際徑流分布不均，豐枯季節(jié)徑流量懸殊，需建水庫(kù)調(diào)節(jié)。

生物質(zhì)能源（biomass energy）是太陽(yáng)能經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量。生物質(zhì)具有多樣性、低污染、分布廣、可再生特點(diǎn)，除了直接燃燒外，生物質(zhì)還可以通過(guò)多種技術(shù)途徑轉(zhuǎn)化為固體、液體、氣體燃料。生物質(zhì)在使用過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生SO2，燃燒產(chǎn)生的CO2僅相當(dāng)于其光合作用時(shí)所吸收的。因此可認(rèn)為，生物質(zhì)能的碳排放增量為零，是一種清潔低碳、可再生的替代能源。廣義的生物質(zhì)包括所有的植物、微生物和以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢棄物，如農(nóng)作物、農(nóng)林業(yè)廢棄物、人畜糞便、工業(yè)有機(jī)廢水、城鄉(xiāng)餐廚垃圾等。地球上每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有2×1011 t，其蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于世界年消耗能源量的 10~20倍，但目前的利用率不到3％。據(jù)世界自然基金會(huì)（WWF）預(yù)計(jì)，全球生物質(zhì)能源潛在可利用量達(dá)350EJ/年，約合82.12億t 油當(dāng)量，相當(dāng)于2013年全球能源消耗量的 64％。中國(guó)是13億人口的農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)能資源豐富，但中國(guó)人均土地和水資源緊缺，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)資源，必然引發(fā)與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)水、爭(zhēng)地，與人畜爭(zhēng)糧，以及秸桿還田等矛盾。重點(diǎn)應(yīng)放在農(nóng)林、工業(yè)、城鄉(xiāng)廢棄物、陳化糧轉(zhuǎn)化利用等。據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)2007年發(fā)布的《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)生物質(zhì)資源的轉(zhuǎn)換潛力約3.5 億t油當(dāng)量，今后隨著造林面積擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)換潛力可達(dá)至7億t油當(dāng)量。

煤（coal）是遠(yuǎn)在3億多年至幾千萬(wàn)年前的古生代、中生代和新生代時(shí)期的大量植物殘骸經(jīng)埋藏、化學(xué)物理變化形成的。首先是植物在沼澤、湖泊或淺海中不斷繁殖、死亡、分解、聚積成泥炭，泥炭在地質(zhì)變化中被脫水、壓實(shí)，并逐漸被黏土、砂石等摻合形成褐煤，隨后隨著地殼下沉，在地?zé)岷挽o壓作用下進(jìn)一步脫水、脫羧、脫烷、脫氧、縮聚等物理化學(xué)變化轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o(wú)煙煤。煤的主要成分是C，并含H、O、N、 S、P和灰份。與油氣資源相比，煤炭分布更為廣泛。據(jù)英國(guó)石油公司（BP）估計(jì)，全球煤炭總儲(chǔ)量約為9842億t，主要集中在美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)、澳大利亞、印度、南非、烏克蘭、哈薩克斯坦、波蘭、巴西等國(guó)。預(yù)計(jì)可供開(kāi)采120年。但粗放燃煤被公認(rèn)是酸雨、粉塵、霧霾和溫室氣體排放的主要源頭。

根據(jù)美國(guó)化學(xué)家瓦拉斯（Walace）定義，石油（petroleum）是除煤炭外一切天然碳?xì)浠衔铮ò怏w、液體和固體）及其混合物的統(tǒng)稱(chēng)。有機(jī)成因理論認(rèn)為，石油和天然氣是由遠(yuǎn)古時(shí)代海洋或湖泊中的低等水生生物和植物等遺體因被迅速埋藏而免遭細(xì)菌分解，在適宜的溫度壓力條件下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代沉積演變形成的。生成油氣藏大約需要不到 100萬(wàn)年（注：無(wú)機(jī)成因說(shuō)認(rèn)為，石油和天然氣是在地下深處高溫、高壓條件下由無(wú)機(jī)碳和氫經(jīng)化學(xué)作用生成。但石油勘探實(shí)踐表明，世界上99％以上的油氣田分布在富含有機(jī)質(zhì)的沉積巖區(qū)，含有工業(yè)油流的火成巖、變質(zhì)巖也多與沉積巖毗鄰，油源都是由附近沉積巖中的石油運(yùn)移而來(lái)。無(wú)機(jī)成因說(shuō)也無(wú)法解釋石油中存在的某些生物源碳?xì)浠衔锾赜械男庑詷?biāo)志。因此迄今未得到普遍認(rèn)同）。據(jù)美國(guó)Oil & Gas Journal 2013年發(fā)布的報(bào)告統(tǒng)計(jì)，全球探明石油儲(chǔ)量為 2252.76億t,天然氣探明儲(chǔ)量近199萬(wàn)億m3 ,全球油氣藏分布也很不均衡。按目前開(kāi)采速度大約可開(kāi)采60~80年。

近20年來(lái)，隨著傳統(tǒng)天然氣資源減少，頁(yè)巖油氣、砂巖致密油氣、天然氣水合物等非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)逐漸受到重視。據(jù)美國(guó)能源信息署（EIA）2013年評(píng)估，全球頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為456.94億t，主要分布在北美、中亞、中東、中國(guó)、拉美、北非、東歐等國(guó)家和地區(qū)。油砂油可采資源量達(dá) 4000億t，相當(dāng)于常規(guī)油氣資源可采儲(chǔ)量的68％，加拿大、俄羅斯、委內(nèi)瑞拉、美國(guó)和中國(guó)資源豐富，其中加拿大艾伯塔省最多，約占45.8％。

頁(yè)巖氣（shale gas）是蘊(yùn)藏于富有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主。頁(yè)巖氣多分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的烴源頁(yè)巖地層中。頁(yè)巖氣開(kāi)采比傳統(tǒng)天然氣困難，全球頁(yè)巖氣等非常規(guī)天然氣資源量約2338.2萬(wàn)億m3，為常規(guī)天然氣資源4.56倍。其中頁(yè)巖氣約456萬(wàn)億m3，相當(dāng)于煤層氣和致密氣（tight gas，指滲透率較小的砂巖地層中的天然氣）的總和。據(jù)美國(guó)能源信息署、EP評(píng)估，全球頁(yè)巖氣主要分布在北美、亞洲、太平洋地區(qū)與拉美，北美與中國(guó)約占45％。煤層氣資源量260萬(wàn)億m3，主要分布在俄羅斯、加拿大、中國(guó)、美國(guó)和澳大利亞等國(guó)。致密氣資源量約為209.72萬(wàn)億m3，各大洲均有分布。中國(guó)非常規(guī)油氣資源非常豐富，2000m以淺的煤層氣資源量約為36.8萬(wàn)億m3，頁(yè)巖氣資源量36.1萬(wàn)億m3，致密氣資源量33萬(wàn)億m3，油砂油遠(yuǎn)景資源量100億t，頁(yè)巖油資源儲(chǔ)量476億t，總量可觀。

天然氣水合物（natural gas hydrate）是由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合組成的類(lèi)冰籠形結(jié)晶化合物。因其外觀像冰遇火即可燃燒，又被稱(chēng)作“可燃冰”。它的組成可用 M·nH2O來(lái)表示，M代表水合物中的天然氣分子，n為水合指數(shù)。其天然氣的成分為CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物及 CO2、N2、H2S等。1單位體積的天然氣水合物分解最多可產(chǎn)生 164單位體積的甲烷氣，其能量密度是常規(guī)天然氣的2~5倍，是煤的10倍。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，天然氣水合物主要分布在聚合大陸邊緣大陸坡、被動(dòng)大陸邊緣大陸坡、海山、內(nèi)陸海及邊緣海的深水盆地和海底擴(kuò)張盆地等構(gòu)造中。除在高緯度永久凍土帶地區(qū)發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物之外，絕大部分分布在水深 300～500m以下的海底，主要附存于陸坡、島嶼和盆地表層的沉積物或沉積巖中，也可以散布于洋底以顆粒狀存在，資源量是陸地的100倍以上。但資源分散開(kāi)采比較困難，是未來(lái)的一種重要能源。據(jù)美國(guó)和蘇聯(lián)相關(guān)研究，世界陸地天然氣水合物資源為2.83×1015m3，海洋為8.5×1016 m3，是常規(guī)天然氣儲(chǔ)存量的上千倍。據(jù)測(cè)算，中國(guó)南海天然氣水合物的資源量為700億t油當(dāng)量，約相當(dāng)中國(guó)陸上油、氣探明資源總量的1/2。

綜上所述，除核能與深部地?zé)崮芤酝?，太?yáng)能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、淺表地?zé)崤c空氣熱能等都是“今天”的太陽(yáng)能，是清潔低碳的可再生能源；而煤、石油、天然氣、頁(yè)巖氣、天然氣水合物等常規(guī)或非常規(guī)化石能資源，歸根結(jié)蒂都源自“昨天”的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)。工業(yè)革命至今還不到300年，人類(lèi)就用掉了植物幾億年吸收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化埋藏于深部的化石能源，它們總究是有限和不可再生的，也是大氣污染和溫室氣體排放的主要源頭。人類(lèi)應(yīng)該更有效地直接或間接利用“今天” 和“明天”的清潔、可再生的太陽(yáng)能資源。