能源是人类生存、生活与社会文明发展的基础。每一次能源利用技术与能源产业的变革，都促进和标志着人类生存发展方式和社会文明的进化。回顾数千年能源利用史，能源消费结构经历了数次变革：历时几千年的农耕社会主要利用薪柴为主的生物质能源；18世纪蒸汽机与工作机器的发明与应用，引发第一次工业革命，使人类进入煤炭时代；19世纪以来，电机电器、汽轮机、内燃机、汽车、飞机的发明应用，石化工业和高分子聚合材料的兴起，使人类进入了电气化和石油天然气时代；60年前开始的半导体、IC、计算机、核能的开发利用，以及循环流化床、超临界、超超临界、蒸汽燃气联合循环等技术发展，使人类进入了以高效火电、水电、核电为三大能源支柱，电子化、信息化为特征的电子信息与核能时代；21 世纪以来网络、云计算、大数据、智能制造、能源技术快速进步，全球气候变化倍受关注，日本福岛核灾难引发的对核电的再思考，生态环境的巨大压力及严重的雾霾天气，全球能源需求快速增长、能源安全凸显等，使人们更加关注清洁低碳、可再生能源和智能电网的发展，人类进入了知识网络经济和着力构建以清洁安全、多样化、智能化、分布式、可再生为特征的绿色低碳、可持续能源体系的新时代。

人类对煤的认识利用可追溯到数千年前。中国是世界上采煤用煤最早的国家之一，大约在春秋末（BC500年）便开始用燃煤，西汉（BC206—25年）开始采煤炼铁。唐朝开始炼焦，至宋代已是“汴京数百万家尽仰石炭（煤），无一家燃薪者”。明朝的科技名著《天工开物》列专门章节记述煤的性状、用途和开采方法。但由于农耕生产力水平局限，薪柴仍是主要能源。18世纪60年代英国首先引发工业革命，煤炭大规模开采利用。19世纪中叶，煤炭已占居一次能源的主导地位，实现了能源结构第一次变革。煤炭分布广泛、储存量大，开发和利用比较容易，但发热量和燃烧效率较低，输送和使用不便，煤燃烧产生的灰渣、粉尘、SO2、NOx、微细颗粒等造成酸雨、水污染、大气霧霾等严重环境污染，危害健康。1952年 12月发生的伦敦雾霾灾难，曾导致12000人死亡。

石油和天然气发热量高，开采运输使用方便，污染物和碳排放比煤炭低，是高质量的化石能源（燃烧发生同样热量的天然气、原油、标煤产生的二氧化碳比例约为2∶3∶5），也是近代有机合成化工的重要原料。世界上最早有关石油的文字记载，见于中国东汉史学家班固（32—92）所著的《汉书》，其中记叙“高奴有洧水可燃”（在今陕西延长一带，洧水是今延河的支流）。北宋科学家沈括（1031—1095）在《梦溪笔谈》中指出：“鹿延境内有石油，旧说高奴县出脂水。”清道光十五年（1835年）在四川自贡阮家坝开凿成功1001.42m的燊海井，日自喷卤水14m3，天然气4800~8000m3。1859年，美国石油钻探家E. L.狄拉克（Edwin L. Drake，1819—1880）在宾夕法尼亚州泰特斯维尔附近钻出第一口油井产出工业油流，开启了近代石油工业的序幕。

1876年，德 国 工 程 师N.奥 托（Nicolaus Otto，1832— 1891）创制了四冲程循环内燃机，1895年德国工程师R. C. K. 狄塞尔（Rudolf Christian Karl Diesel，1858—1913）创制了第一台柴油发动机，1886年德国人K. F.奔驰（Karl Friedrich Benz，1844—1929）发明了单缸发动机的世界上第一辆汽车。 1903年12月17日，莱 特 兄 弟（Orville Wright， 1871—1948；Wilbur Wright，1867—1912）进行了人类历史上首次有动力、载人、可操纵飞机的持续飞行。1914年，美国福特汽车公司建成汽车装配线，实现了汽车工业史上的首次流水线生产，1927年福特T型车销售已至1500万辆。20世纪 20年代前欧洲在航空业占领先地位，以后美国逐渐领先， 1930年美国航空客流已超过41.7万人次。1917年，美国新泽西标准油公司采用炼厂气中的丙烯合成异丙醇，标志着石油化工诞生。1919年，美国联合碳化物公司开发出以乙烷、丙烷为原料高温裂解制乙烯技术，随后德国林德公司实现了从裂解气中分离乙烯，1920年建立第一家乙烯工厂。20世纪30 年代初，在德国化学家H.施陶丁格（Hermann Staudinger， 1881—1965）、苏 联 化 学 家H. H.谢 苗 诺 夫（Николaй НиколaевичСемёнов，1896—1986）等提出的聚合物高分子化学和聚合链式反应理论的指导下，高分子化工聚合材料大量涌现，他们也因此分别获得1953年、1956年诺贝尔化学奖。由于汽车、航空、石化工业的巨大需求，促进了石油生产增长。

第二次世界大战结束后，由于中东石油的开发，石油采炼技术进步和煤炭成本上升，石油的比较优势更加突显。廉价石油促进了世界经济快速发展，20世纪60年代以来石化工业更是异军突起，一些工业化国家能源政策开始趋油弃煤。 1966年石油、天然气超越煤炭成为主导能源，世界能源结构实现了第二次变革。

20世纪70年代以来发生了两次石油危机。为走出石油危机，首先是通过科技和管理创新，提高能源利用效率、调整产业结构。20世纪70年代后期后，一些工业化国家已逐渐做到经济增长，能耗不增，甚至反略有下降。

第二是积极发展可替代能源。美、德、日、法等国，都在水电、核能开发方面加大了投入。由于核能是一种安全高效、清洁低碳、经济上有竞争力的能源，受到重视。1942年， E.费米（Enrica Fermi，1901—1954）在芝加哥大学建成世界上第一座核反应堆，首次成功实现了链式反应；1954年苏联建成世界上第一座5MW实验性石墨沸水核电机组、 1957年美国建成60MW原型压水堆核电站，后经历了数次技术升级，提升了安全性、经济性，至今核电已发展到第三代。

1966—1980年，世界共建成242个核电机组投入运行。据国际原子能机构（IAEA）统计，至2013年底，全球共有425 台核电机组在运行，总装机容量3.75亿kW，约占全球发电量的16％，有18个国家和地区的核电比重超过20％，法国占比最高达75.2％。在建机组70个，中国、美国占50%。

第三是煤炭重新受到重视，尤其是中国、印度、澳大利亚和南非等发展迅速，成为煤炭生产大国。清洁煤技术、超超临界、IGCC、先进材料、信息技术等使煤炭开采利用技术与产业进步巨大，生产率成倍提高，成本下降，安全状况、效率和排放水平大为改善，2000年世界煤炭产量达48.8亿t，比1976 年增加了50％。能源结构发生第三次转变，即向以油气、煤、核能和水能等多元结构转变。电力作为二次能源，火电、水电、核电成为三大支柱。

石油危机也促进了可再生能源的发展。从20世纪70年代开始，尤其是进入21世纪以来，可再生能源已成为各国实施可持续发展的重要选择，列为能源发展战略的重要方面，一些国家通过立法促进可再生能源发展，技术不断创新，成本持续下降。美国可再生能源协会（ACORE）评估美国的发电规模与价值走势表明，除传统水能外，风能、太阳能、生物质能、浅表地热等新型可再生能源快速发展，在能源结构中比例逐年上升，逐渐成为替代化石燃料的一种很有希望的清洁能源。在这方面欧盟居领先地位。

过去15年内，各国还致力开发非常规油气资源（包括煤层气（瓦斯）、油砂矿、油页岩、页岩气、可燃冰等）。美国提出了页岩气革命。2000年美国页岩气仅占天然气总产量的 1％，因为水平钻井、水压裂等技术的进展，到2013年页岩气所占比重已近40％。据美国能源情报署预测，到2035年美国46％的天然气供给将来自页岩气，页岩气将使美国可实现天然气自给有余，这将影响世界油气供应乃至全球经济政治格局。据中国社会科学院世界经济与政治研究所发布的《世界能源中国展望（2013—2014）》估测，中国非常规天然气产量比重目前已占39％，2020年将上升到60％以上，2035年将进一步上升到72％。

1990—1997年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）连续发表 4个关于全球气候变化的评估报告，认为全球气温上升很可能是由于工业化以来人类活动导致的温气体排放造成的。所有的化石能源燃烧过程中均排放CO2，其中煤含碳量最高，石油次之，天然气较低。自工业革命以来，大气中CO2含量增加了25％，远超过去16万年的历史纪录，而且尚无减缓的迹象。进入21世纪以来，生态环境保护和全球气候变化更加受到重视，绿色低碳、可持续发展成为全球发展的共同理念。今后二三十年将是人类从化石能源为主时代向清洁低碳、可持续能源过渡的历史时期。

改革开放以来，中国能源消费需求快速增长，能源利用效率显著提高，单位GDP能耗大幅下降；尤其是进入21世纪以来，水电、核能、风能、太阳能等清洁、可再生能源快速发展，能源结构逐步优化。2013年中国能源消费和发电装机容均超过美国，可再生能源产能与增长速度均列世界首位。超超临界火力发电、核电、超大型水电站工程及成套设备、超超高压交、直流输变电系统、智能电网等自主创新与工程成套能力进入世界先进行列。但中国能源利用效率仍然较低，单位GDP能耗是世界平均的2.5倍，是工业发达国家的4~8倍，节能减排潜力巨大；中国一次能源中燃煤占近70％，对大气、水、土壤环境污染严重；油气对外依赖度逐年攀升至58％和 32％；风能、太阳能、生物质能发展应用尚有体制、政策、技术瓶颈需要突破。中国能源结构调整优化的任务紧迫而艰巨。