能源是人類生存、生活與社會文明發(fā)展的基礎(chǔ)。每一次能源利用技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)的變革，都促進(jìn)和標(biāo)志著人類生存發(fā)展方式和社會文明的進(jìn)化?；仡檾?shù)千年能源利用史，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了數(shù)次變革：歷時幾千年的農(nóng)耕社會主要利用薪柴為主的生物質(zhì)能源；18世紀(jì)蒸汽機(jī)與工作機(jī)器的發(fā)明與應(yīng)用，引發(fā)第一次工業(yè)革命，使人類進(jìn)入煤炭時代；19世紀(jì)以來，電機(jī)電器、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽車、飛機(jī)的發(fā)明應(yīng)用，石化工業(yè)和高分子聚合材料的興起，使人類進(jìn)入了電氣化和石油天然氣時代；60年前開始的半導(dǎo)體、IC、計算機(jī)、核能的開發(fā)利用，以及循環(huán)流化床、超臨界、超超臨界、蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)等技術(shù)發(fā)展，使人類進(jìn)入了以高效火電、水電、核電為三大能源支柱，電子化、信息化為特征的電子信息與核能時代；21 世紀(jì)以來網(wǎng)絡(luò)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能制造、能源技術(shù)快速進(jìn)步，全球氣候變化倍受關(guān)注，日本福島核災(zāi)難引發(fā)的對核電的再思考，生態(tài)環(huán)境的巨大壓力及嚴(yán)重的霧霾天氣，全球能源需求快速增長、能源安全凸顯等，使人們更加關(guān)注清潔低碳、可再生能源和智能電網(wǎng)的發(fā)展，人類進(jìn)入了知識網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)和著力構(gòu)建以清潔安全、多樣化、智能化、分布式、可再生為特征的綠色低碳、可持續(xù)能源體系的新時代。

人類對煤的認(rèn)識利用可追溯到數(shù)千年前。中國是世界上采煤用煤最早的國家之一，大約在春秋末（BC500年）便開始用燃煤，西漢（BC206—25年）開始采煤煉鐵。唐朝開始煉焦，至宋代已是“汴京數(shù)百萬家盡仰石炭（煤），無一家燃薪者”。明朝的科技名著《天工開物》列專門章節(jié)記述煤的性狀、用途和開采方法。但由于農(nóng)耕生產(chǎn)力水平局限，薪柴仍是主要能源。18世紀(jì)60年代英國首先引發(fā)工業(yè)革命，煤炭大規(guī)模開采利用。19世紀(jì)中葉，煤炭已占居一次能源的主導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)了能源結(jié)構(gòu)第一次變革。煤炭分布廣泛、儲存量大，開發(fā)和利用比較容易，但發(fā)熱量和燃燒效率較低，輸送和使用不便，煤燃燒產(chǎn)生的灰渣、粉塵、SO2、NOx、微細(xì)顆粒等造成酸雨、水污染、大氣霧霾等嚴(yán)重環(huán)境污染，危害健康。1952年 12月發(fā)生的倫敦霧霾災(zāi)難，曾導(dǎo)致12000人死亡。

石油和天然氣發(fā)熱量高，開采運(yùn)輸使用方便，污染物和碳排放比煤炭低，是高質(zhì)量的化石能源（燃燒發(fā)生同樣熱量的天然氣、原油、標(biāo)煤產(chǎn)生的二氧化碳比例約為2∶3∶5），也是近代有機(jī)合成化工的重要原料。世界上最早有關(guān)石油的文字記載，見于中國東漢史學(xué)家班固（32—92）所著的《漢書》，其中記敘“高奴有洧水可燃”（在今陜西延長一帶，洧水是今延河的支流）。北宋科學(xué)家沈括（1031—1095）在《夢溪筆談》中指出：“鹿延境內(nèi)有石油，舊說高奴縣出脂水。”清道光十五年（1835年）在四川自貢阮家壩開鑿成功1001.42m的燊海井，日自噴鹵水14m3，天然氣4800~8000m3。1859年，美國石油鉆探家E. L.狄拉克（Edwin L. Drake，1819—1880）在賓夕法尼亞州泰特斯維爾附近鉆出第一口油井產(chǎn)出工業(yè)油流，開啟了近代石油工業(yè)的序幕。

1876年，德 國 工 程 師N.奧 托（Nicolaus Otto，1832— 1891）創(chuàng)制了四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)，1895年德國工程師R. C. K. 狄塞爾（Rudolf Christian Karl Diesel，1858—1913）創(chuàng)制了第一臺柴油發(fā)動機(jī)，1886年德國人K. F.奔馳（Karl Friedrich Benz，1844—1929）發(fā)明了單缸發(fā)動機(jī)的世界上第一輛汽車。 1903年12月17日，萊 特 兄 弟（Orville Wright， 1871—1948；Wilbur Wright，1867—1912）進(jìn)行了人類歷史上首次有動力、載人、可操縱飛機(jī)的持續(xù)飛行。1914年，美國福特汽車公司建成汽車裝配線，實(shí)現(xiàn)了汽車工業(yè)史上的首次流水線生產(chǎn)，1927年福特T型車銷售已至1500萬輛。20世紀(jì) 20年代前歐洲在航空業(yè)占領(lǐng)先地位，以后美國逐漸領(lǐng)先， 1930年美國航空客流已超過41.7萬人次。1917年，美國新澤西標(biāo)準(zhǔn)油公司采用煉廠氣中的丙烯合成異丙醇，標(biāo)志著石油化工誕生。1919年，美國聯(lián)合碳化物公司開發(fā)出以乙烷、丙烷為原料高溫裂解制乙烯技術(shù)，隨后德國林德公司實(shí)現(xiàn)了從裂解氣中分離乙烯，1920年建立第一家乙烯工廠。20世紀(jì)30 年代初，在德國化學(xué)家H.施陶丁格（Hermann Staudinger， 1881—1965）、蘇 聯(lián) 化 學(xué) 家H. H.謝 苗 諾 夫（Николaй НиколaевичСемёнов，1896—1986）等提出的聚合物高分子化學(xué)和聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論的指導(dǎo)下，高分子化工聚合材料大量涌現(xiàn)，他們也因此分別獲得1953年、1956年諾貝爾化學(xué)獎。由于汽車、航空、石化工業(yè)的巨大需求，促進(jìn)了石油生產(chǎn)增長。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，由于中東石油的開發(fā)，石油采煉技術(shù)進(jìn)步和煤炭成本上升，石油的比較優(yōu)勢更加突顯。廉價石油促進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，20世紀(jì)60年代以來石化工業(yè)更是異軍突起，一些工業(yè)化國家能源政策開始趨油棄煤。 1966年石油、天然氣超越煤炭成為主導(dǎo)能源，世界能源結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了第二次變革。

20世紀(jì)70年代以來發(fā)生了兩次石油危機(jī)。為走出石油危機(jī)，首先是通過科技和管理創(chuàng)新，提高能源利用效率、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)70年代后期后，一些工業(yè)化國家已逐漸做到經(jīng)濟(jì)增長，能耗不增，甚至反略有下降。

第二是積極發(fā)展可替代能源。美、德、日、法等國，都在水電、核能開發(fā)方面加大了投入。由于核能是一種安全高效、清潔低碳、經(jīng)濟(jì)上有競爭力的能源，受到重視。1942年， E.費(fèi)米（Enrica Fermi，1901—1954）在芝加哥大學(xué)建成世界上第一座核反應(yīng)堆，首次成功實(shí)現(xiàn)了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座5MW實(shí)驗(yàn)性石墨沸水核電機(jī)組、 1957年美國建成60MW原型壓水堆核電站，后經(jīng)歷了數(shù)次技術(shù)升級，提升了安全性、經(jīng)濟(jì)性，至今核電已發(fā)展到第三代。

1966—1980年，世界共建成242個核電機(jī)組投入運(yùn)行。據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）統(tǒng)計，至2013年底，全球共有425 臺核電機(jī)組在運(yùn)行，總裝機(jī)容量3.75億kW，約占全球發(fā)電量的16％，有18個國家和地區(qū)的核電比重超過20％，法國占比最高達(dá)75.2％。在建機(jī)組70個，中國、美國占50%。

第三是煤炭重新受到重視，尤其是中國、印度、澳大利亞和南非等發(fā)展迅速，成為煤炭生產(chǎn)大國。清潔煤技術(shù)、超超臨界、IGCC、先進(jìn)材料、信息技術(shù)等使煤炭開采利用技術(shù)與產(chǎn)業(yè)進(jìn)步巨大，生產(chǎn)率成倍提高，成本下降，安全狀況、效率和排放水平大為改善，2000年世界煤炭產(chǎn)量達(dá)48.8億t，比1976 年增加了50％。能源結(jié)構(gòu)發(fā)生第三次轉(zhuǎn)變，即向以油氣、煤、核能和水能等多元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。電力作為二次能源，火電、水電、核電成為三大支柱。

石油危機(jī)也促進(jìn)了可再生能源的發(fā)展。從20世紀(jì)70年代開始，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，可再生能源已成為各國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要選擇，列為能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要方面，一些國家通過立法促進(jìn)可再生能源發(fā)展，技術(shù)不斷創(chuàng)新，成本持續(xù)下降。美國可再生能源協(xié)會（ACORE）評估美國的發(fā)電規(guī)模與價值走勢表明，除傳統(tǒng)水能外，風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、淺表地?zé)岬刃滦涂稍偕茉纯焖侔l(fā)展，在能源結(jié)構(gòu)中比例逐年上升，逐漸成為替代化石燃料的一種很有希望的清潔能源。在這方面歐盟居領(lǐng)先地位。

過去15年內(nèi)，各國還致力開發(fā)非常規(guī)油氣資源（包括煤層氣（瓦斯）、油砂礦、油頁巖、頁巖氣、可燃冰等）。美國提出了頁巖氣革命。2000年美國頁巖氣僅占天然氣總產(chǎn)量的 1％，因?yàn)樗姐@井、水壓裂等技術(shù)的進(jìn)展，到2013年頁巖氣所占比重已近40％。據(jù)美國能源情報署預(yù)測，到2035年美國46％的天然氣供給將來自頁巖氣，頁巖氣將使美國可實(shí)現(xiàn)天然氣自給有余，這將影響世界油氣供應(yīng)乃至全球經(jīng)濟(jì)政治格局。據(jù)中國社會科學(xué)院世界經(jīng)濟(jì)與政治研究所發(fā)布的《世界能源中國展望（2013—2014）》估測，中國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量比重目前已占39％，2020年將上升到60％以上，2035年將進(jìn)一步上升到72％。

1990—1997年，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）連續(xù)發(fā)表 4個關(guān)于全球氣候變化的評估報告，認(rèn)為全球氣溫上升很可能是由于工業(yè)化以來人類活動導(dǎo)致的溫氣體排放造成的。所有的化石能源燃燒過程中均排放CO2，其中煤含碳量最高，石油次之，天然氣較低。自工業(yè)革命以來，大氣中CO2含量增加了25％，遠(yuǎn)超過去16萬年的歷史紀(jì)錄，而且尚無減緩的跡象。進(jìn)入21世紀(jì)以來，生態(tài)環(huán)境保護(hù)和全球氣候變化更加受到重視，綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展成為全球發(fā)展的共同理念。今后二三十年將是人類從化石能源為主時代向清潔低碳、可持續(xù)能源過渡的歷史時期。

改革開放以來，中國能源消費(fèi)需求快速增長，能源利用效率顯著提高，單位GDP能耗大幅下降；尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，水電、核能、風(fēng)能、太陽能等清潔、可再生能源快速發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化。2013年中國能源消費(fèi)和發(fā)電裝機(jī)容均超過美國，可再生能源產(chǎn)能與增長速度均列世界首位。超超臨界火力發(fā)電、核電、超大型水電站工程及成套設(shè)備、超超高壓交、直流輸變電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)等自主創(chuàng)新與工程成套能力進(jìn)入世界先進(jìn)行列。但中國能源利用效率仍然較低，單位GDP能耗是世界平均的2.5倍，是工業(yè)發(fā)達(dá)國家的4~8倍，節(jié)能減排潛力巨大；中國一次能源中燃煤占近70％，對大氣、水、土壤環(huán)境污染嚴(yán)重；油氣對外依賴度逐年攀升至58％和 32％；風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能發(fā)展應(yīng)用尚有體制、政策、技術(shù)瓶頸需要突破。中國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化的任務(wù)緊迫而艱巨。