前言

纵览人类的发展历史，科学技术无疑是推动人类社会进步的主要动力，在科学技术进步的过程中，能源起到举足轻重的作用，而且能源的开发和利用同样都是标志性的，人类极限的每一次重大突破都离不开能源革命。

“钻木取火”开启了能源的利用，“星星之火”标志着人类进入了文明社会。在接下来的几千年里，虽然社会在进步，人类在发展，但是发展非常缓慢，主要原因之一就是对能源的利用停留在薪柴燃料、风能动力的帆船航行，以及少量的简单水利动力上，并没有形成有效的转换。直到18世纪60年代，以纺织机和蒸汽机为标志，英国通过水利应用和蒸汽机的发明，实现了能源的革命，引发了第一次工业革命，造就了大英帝国长达一个多世纪的世界霸主地位。到了19世纪末20世纪初，以发电机和电动机等为标志，通过一系列的电气发明，又一次掀起能源革命，迎来第二次工业革命，并逐渐形成工业电气化和流水线的生产方式，加上石油能源的使用，实现了大规模的工业制造。20世纪60年代开始的信息技术、无线通信及网络的兴起带来了第三次工业革命。借助电子技术，不仅可以利用更多形式的能源，而且能源以电池储存的形式成为电子器件一个不可分割的部分，多种形式的再生能源的产生和使用，以及其与互联网的结合应用，标志着人类进入第三次工业革命。随着工业的快速发展，能源的开发和利用得到了快速提升，但是能源消耗的快速增加也给人类生存环境带来了负面影响，从而进一步激发了新的能源革命，并推动“碳中和”目标提出。

随着人工智能和大数据的应用、5G和物联网的实施、数字孪生和虚拟现实的推广、新材料和再生医学的出现，人类步入第四次工业革命，同时也迎来了新一轮的能源革命。新一轮的能源革命聚焦科技创新与融合，如再生能源、智能化能源管理、数字能源、能源互联网进一步升级、特高压、储能、与新材料结合的高性能能源等；进一步与场景融合，如共享经济、智慧社会，最终走向碳中和。

本书从宏观视角，对能源的形成和发展进行综述，对主要形式的能源进行梳理，对正在进行的能源革命进行探讨，揭示和启发各种能源形式的碳中和技术创新。希望在短时间内对新一轮的能源革命与碳中和及其重要性有一个全面深入的认识，促进全方位有效利用能源、增强节能环保意识，使经济社会更加可持续，尽快实现碳中和，通过创新和能源革命不断突破人类极限。

本书是“科技创新与科技强国系列丛书”中最核心的一本。“科技创新与科技强国系列丛书”由国际应用科技研究院和SXR科技智库上袭公司共同策划并组织编写。国际应用科技研究院是一家以科技成果产业化为主的非营利国际组织机构，通过全领域及全地域覆盖，以高科技产业应用技术研究、战略性新兴产业培育、科技成果转化、应用技术培训为核心，搭建一个推广应用技术的平台、交流应用技术的桥梁、科技创新培训的中心，凭借先进的技术优势、人才优势和管理经验，整合国际科技资源，充分挖掘和调动国际各领域科技资源，赋能科技成果转化和科技创新实践。SXR科技智库上袭公司是一家以科技为主的非营利、综合性的战略研究和决策咨询机构，携手战略合作伙伴，为政府、高校、企业提供科技决策咨询、科研成果产业化和持续经营体系解决方案，努力成为新时代科技咨询综合性思想库、科技咨询开创者和代言人，通过上袭奖（SXR Prize）委员会、SXRSF上袭科学基金与科学捐赠委员会和上袭家族财富委员会三位一体，以SXRIC上袭创新联合体新型组织模式，推动科技不断进步和人类持续发展。

本书由薄智泉院长和徐亭理事长共同策划并牵头组织编写，第4章、第5章（除5.4节）、第12章、第15章、结束语由薄智泉编写，第1章、第2章、第3章、第6章（除6.5节）由高文宇团队组织编写，第7章由王中林院士、王杰、张弛编写，第5章5.4节、第6章6.5节、第8章由王中林院士、徐敏义、蒋涛编写，第10章和第11章由沈寓实院士团队（程寒松、王永真、匡宇、梁田）编写，第9章和第13章由沈寓实团队（王永真、李嘉宇、葛强）及薄智泉共同编写，第14章由廖文剑编写，最终由薄智泉对全书进行整体审阅和修改。

在本书的编著过程中得到了编委会顾问干勇院士（中国工程院院士、中国工程院原副院长）、陈清泉院士（中国工程院院士、香港大学荣誉讲座教授）、王中林院士（中国科学院外籍院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所创始所长、中国科学院大学教授）、贺克斌院士（中国工程院院士、清华大学教授）、王金南院士（中国工程院院士、生态环境部环境规划院院长），以及清华大学出版社的白立军老师的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。

作者

2023年7月