本书是“20世纪科学史丛书——在科学的入口处”之一，该书全面而系统地向少年儿童介绍了20世纪科技史。书中萃取了30位能源科学领域科学家的杰出贡献与感人故事，将人类科学发展史上的成就、发展历程、科学家的献身精神一一呈现在孩子们面前，激励和打动着孩子们的心。

马克思说：“在科学的入口处，正像在地狱的入口处一样，必须提出这样的要求：‘这里必须根绝一切犹豫；这里任何怯懦都无济于事。’”

20世纪能源科学技术的发展使人类社会发生了翻天覆地的变化。20世纪前，人类就已掌握了使用煤、石油、水力能、太阳能(太阳能千燥作物)和生物质能的基本技术；在20世纪中，进一步在核能、大规模电力系统、高效燃烧技术、太阳能利用技术等方面取得重大进展。

在20世纪能源发展的历史长河里，涌现出30个作出了重大贡献的科学家或科学家群体。他们发现了可以燃烧的冰块——可燃冰，采掘出生物本身所富含的能源，依靠“反物质”获取了未来能源……本书将带你来到20世纪科学的入口处，在这里回望20世纪能源发展的历史，了解你想知道的20世纪能源发展的一切。

前言

绝对环保的能源——波浪能的开发和利用

海洋中取之不尽的能量——潮汐能

雪花带来的启发——温差能的利用

老颜换新貌——水能利用的发展

可以燃烧的冰块——可燃冰

新时代的“古老”能源——风能的开发和利用

“工业粮食”——煤炭能量的利用

石油——现代社会的血液

能源家庭中的特殊成员——石油植物

与石油并列的重要能源——天然气的开发和利用

生物提供的能源——沼气的开发和利用

来自地球深处的力量——地热能的开发和利用

取之不尽的能源——硅

变废为宝——垃圾能的利用

“洛伦玆力”的实际应用——磁流体发电

上天的恩赐——雷电能的利用

科学的双刃剑——原子能的利用

能源革命与人类文明

来自月球的新能源——氦能的开发与利用

取之不尽的氢

源于百年前的“新”能源——燃料电池

起源于饮料的能源——燃料乙醇

最广泛存在的能量源——生物质能的利用和开发

太阳能——新时代的能源

传送电能的好手——束能的开发与利用

人体能——失落的能源

最大的发电机——地球的天体能利用

“反物质”能源

不可能存在的能量——幻想的“永动机”

绝对环保的能源——波浪能的开发和利用

如果你去过海边，一定不难发现，辽阔的海面一刻都不会静止不动。那里总会有一个个或大或小的浪头，一个接一个不停地往前翻滚。即使当时周围一丝风也没有，海面上也会有波浪出现，这就是所谓的“无风三尺浪”。那么其原因又是什么呢？

原来，地球表面约有71%的面积都是浩淼的海洋。当我们把这洋面想像成一汪池水，那么，往池子里投下一颗石子，所激起的波纹一定会一圈圈越扩越大，传播到彼处。大海也是这样，一处海面有风，新产生的波浪也会连绵不断，紧紧相随，传播到很远很远的地方。

知识链接

经科学测试，海浪对海岸产生的冲击力平均每平方米可达20-30吨，大的还可超过60吨。在1平方米这块小小的海面上，一起一伏的波浪中就蕴有250瓦的功率。如果用来发电，一天可发6千瓦·时电，足够一个普通家庭一天的用电量。地球上海洋面积有3.6亿平方千米，全球波浪的平均总功率就有90万亿千瓦，一年就可发电567亿亿千瓦·时，这是当前全世界一年发电总量130万亿千瓦·时的4万多倍。

波浪能量如此巨大，存在又如此广泛，因此自古就吸引着众多沿海的人们想尽各种办法，试图驾驭海浪为人所用。自20世纪70年代爆发石油危机后，世界各国开始把注意力转移到利用本地资源，大力支持开发新型洁净无污染的可再生源，众多沿海国家更是把希望寄托在汹涌澎湃的巨浪上。与太阳能或风能相比较，波浪能有以下几个优点：在最耗费能源的冬季，可以利用的波浪能量最大，而太阳能则恰恰相反；波浪随时可以利用，海面极少平静，而风则时有时无。

波浪发电装置的发展

最早的波浪能利用机械发明专利是1799年由法国人吉拉德父子获得的。这是一种气动式波力装置。其实就是利用波浪上下起伏的力量，通过压缩空气，推动汲筒中的活塞往复运动而做功。这种装置由波能吸收器、送气管、定压化罐和压缩空气发电机组等部分构成，输出功率为30千瓦。其最大特点在于使用了定压化罐，可将压缩空气作处理后送入压缩空气发电机组，以收到比较稳定而价廉的优质电力。1910年，法国人布索·白拉塞克也在其海滨住宅附近建了一座气动式波浪发电站，供应其住宅1000瓦的电力。这个电站装置的原理是：与海水相通的密闭竖井中的空气因波浪起伏而被压缩或抽空，驱动活塞做往复运动，再转换成发电机的旋转运动而产生电能。

20世纪60年代，日本研制成功了一种用航标灯浮体上的气动式波力来发电的装置。该产品发电的原理就像一个倒置的打气筒，靠波浪上下往复运动的力量吸、压空气，推动涡轮机发电。1985年，英国在苏格兰的艾莱岛建造了一座75千瓦的振荡水柱波力电站。

20世纪80年代，日本“海明”号波浪发电试验船又取得了年发电19万度的良好成绩，实现了海上浮体波浪电站向陆地小规模送电，这艘波浪发电船也因此被列为“离岛电源”的首选方案。然而该系统完全建在海中，所生产的电能需要通过预设的电缆送到岸上，因此在组装以及海中铺电缆的技术上遇到许多麻烦。2007年，俄罗斯科研人员研制出了一种原理简单、成本较低的实验型波浪能发电系统。

这种波浪能采集装置系统，是被安装在距海岸不远而且固定在海底的支架上的。装置上部有一根杠杆，较长的杠杆臂上有一个浮标，较短杠杆臂则与一台水泵的活塞相连。当波浪推动浮标上下移动时，较短的杠杆臂就会控制水泵的活塞，将海水通过管道一直压入位于岸上的一个蓄水塔里。此后，海水会在重力作用下从蓄水塔内涌出，推动水力发电机的涡轮叶片转动并产生电能。这一发电系统的动力组件除需要源源不断的波浪外，不需要其他能源，这也可以说是一项绝对环保的能源利用设计了。

在海洋上，航行在波浪中的巨轮就像一个小木片上下漂荡。大浪可以倾覆巨轮，也可以把巨轮折断或扭曲。假如波浪的波长正好等于船的长度，当波峰在船中间时，船首船尾正好是波谷，此时船就会发生“中拱”。当波峰在船头、船尾时，中间是波谷，此时船就会发生“中垂”。一拱一垂就像折铁条那样，几下子便把巨轮拦腰折断。

发明家的乐园

除此之外，人们还根据各地不同的情况设计出了许多其他样式的波浪能发电装置，例如：环礁式波力发电装置、筏垫式波力发电机、水塔式波力发电机、转子式波力发电机以及最新式的三角式波力发电机。其中，环礁式波力发电装置的设计应该说是最具有想象力的。

它的形状很像人造环礁，直径可达上百米，只有顶部露出水面，“环礁体”和“环礁腹”浸在水中，内部则被分隔成许多带有进水阀门的舱室，每间舱室又都分别同辐射状排列的导管相通，导管内设有单向阀，引导水流向中央喷口流动。当海浪冲击“环礁”四周的“礁壁”时，波浪就会进入到那些分舱进水阀门，再由导管将其输送至喷口涌出。由于它可以把“环礁”周围任何时间、任何方向上冲击“环礁”的波浪吸入，并汇集到中央喷口后不断涌出，因此水流便可无间歇地驱动水轮机发电。P1-4

常言道，煤是工业的粮食，石油是工业的血液，万物生长靠太阳。能源的重要可想而知，它是人类社会活动的物质基础、是国民经济的基本支撑，直接影响到国家安全、可持续发展及社会稳定。

那么，什么是能源呢？能源是能量的来源，是在一定条件下可转换成人类所需的燃料或动力来源的物质。世界能源委员会推荐的能源类型分为：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，前三个类型统称为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。从另一个角度来看，煤、石油、天然气、水能等是常规能源，太阳能、风能、生物质能和核能等能源是可再生的新能源。随着人类社会生产和科学技术的发展，能源的范围也将不断扩大。

人类发展的历史进程与能源密切相关，回顾人类的发展历史，每一次高效的新能源的利用，都会使社会进入一个新的时代，产生一次新的飞跃。人类对能源的利用是从薪柴燃火开始的。火为原始人提供了温暖、光明、熟食，作为人们防御和围猎动物的工具。人类先后经历了薪柴时代、煤炭时代和石油时代。

20世纪以前，人类掌握了使用煤炭、石油、水力能(用于提水、航行)、太阳能(太阳能干燥作物)和生物质能的基本技术。20世纪，进一步在核能、大规模电力系统、高效燃烧技术、太阳能利用技术等方面取得的重大进展，推动着人类创造了一个亘古未有的物质文明。

但必须看到，人类对石油和煤炭等传统能源的依赖性过大。在20世纪的能源结构中，石油为主体。人类对能源的饺用经过了几次转换，能源消费结构也不断发生变化，从20世纪60年代起，石油在世界能源消费中的比重逐步上升，作为运输工具的燃料和塑料的原材料，在工业中广泛使用，石油成为宝贵的资源。1965年，石油首次取代煤炭占居首位，成为世界第一大能源，世界进入了“石油时代”。

今天，石油占世界能源总消费比例的37%，煤超过了26%，而人类对风能的利用率只有万分之三点四，太阳能只有万分之一。目前世界常规能源正处于开采和使用高峰期，并将逐步走向衰落，能源结构必将有根本性的变革。

能源是我国实现可持续发展的主要环节，中国已经成为世界上消费煤炭、钢铁、铜最多的国家，也是美国之后的第二大石油和电力消费国。那么，如何才能有更好更多的能源来支撑我们的快速发展呢？本书提及的种种能源来源为我们打开了视野。人类只有一个地球，青少年是人类的未来，他们对能源是否有一个清晰的认识，直接关系到我们未来的能源状况。能源教育是终生教育，青少年能源教育是起点。希望这本小书让更多的孩子学会思索，学会探索，为在未来发现新的能源之途而努力。