前言

美国著名的趋势学家、享誉全球的预测大师杰里米·里夫金出版了《零边际成本社会》一书，并在书中预言：“未来，人们可能可以像今天通过互联网近乎免费地生产和消费信息一样，借助能源互联网近乎免费地生产和消费能源。”这将关系到我们每一个人的生活、工作和娱乐，极大地颠覆我们每一个人的生存环境和生活空间，每一个人都要从心理上、思想上做好充分准备。

哈佛大学数学与生物学教授、进化论者马丁·诺瓦克说，“合作”是拯救人类的唯一方法。世界经济论坛创始人兼执行主席克劳斯·施瓦布正如其一贯以来的倡导，在其《第四次工业革命》中极力呼吁各方“协同”作战。据他观察，第四次工业革命所有涉及的变革领域，最重大的影响之一可能来源于赋权，即政府如何与公民“协同”，企业如何与雇员、股东和客户“协同”，超级大国如何与小国“协同”。

本书中所提出的“能源4.0+工业4.0”的核心，从微观操作层面上，是通过多能源“协同”并与工业4.0融合，构建符合中国国情的“产业能源互联网”系统，释放我国改革开放四十年来积累的生产力，形成高效、优质、可持续发展的零边际成本社会，为实现中华民族伟大复兴奠定基础。

在中国，各种媒体以翻译出版、编译刊登、转载外媒、独家专访等形式，对“第四次工业革命”的背景、特征、趋势、风险、机遇等进行了深入的宣传，引发了全社会的大学习、大讨论，一些党和国家领导人也加入讨论、推荐行列。如2016天津夏季达沃斯论坛的主题即是“第四次工业革命——转型的力量”。中国和发达国家经济、科学技术基础不同，但可能站在了“互联网+”的同一起跑线上，一同探索移动互联网、能源互联网、物联网三网合作共赢建设“零边际成本”社会预言的真实性。

里夫金对于人类第一到第三次工业革命的划分，是以三次能源“引擎”论来诠释的。他认为，历史上的工业革命均是通信技术与能源技术的结合，进而引发重大的经济转型。第三次工业革命的特征就是互联网技术与可再生能源的出现与融合（尽管这一点与克劳斯·施瓦布的描述不同，但可认为异曲同工）。里夫金认为，第三次工业革命所带来的新经济模式需要五大支柱来支撑：一是能源本身，即向可再生能源转型，是新能源技术以及新能源技术和新通信技术融合的基础；二是能源的生产方式，即将每一大洲的建筑转化为微型发电厂，以便就地收集可再生能源；三是能源的储存形式，在每一栋建筑物以及基础设施中使用氢气和其他储存技术，以存储间歇式能源；四是能源的分享机制，利用能源互联网技术将每一大洲的电力网转化为能源共享网络，这一共享网络的工作原理类似于互联网；五是如何更加有效地利用新能源，将运输工具转向插电式以及燃料电池动力车，这种电动车所需的电可以通过洲际间的共享电网平台进行买卖，而这种方式也会极大地促进新能源的推广。

里夫金所有的分析，都是基于一种背景，即第二次工业革命的成果已无法再支撑世界经济的发展，人类急需为日益失速的全球经济找到一个新的推动引擎。历史上第一次工业革命始于18世纪的英国纺织业，以煤炭和蒸汽机相结合支撑的机器化代替手工纺织，促成工厂的诞生。20世纪初，亨利·福特发明的装配制度将人类引入大规模的生产时代，开启了第二次工业革命的大繁荣。这两次工业革命实现了人类的城市化、工业化和现代化的伟大进程。尤其是第二次工业革命，它以煤、石油和内燃机相结合的高效能源成就了当今世界的大规模生产和工业现代化。在全球经济体系下，任何商业活动都与石油和化石能源息息相关，整个人类文明都建立在石炭纪储存的碳资源上。然而，这所有的一切繁荣背后是能源的大量消耗，化石燃料的环境危害性已成为遏制人类可持续发展的重大瓶颈。能源问题和环境危机已成为有关各国的重大战略问题，必将国际化、全球化、政治化，将会带来一系列可怕的连锁反应，直接影响到人类生存模式和人类文明的延续。

就在第四次工业革命尚在积极探索和规划过程中，德国政府提出了“工业4.0”战略。“工业4.0”，也就是克劳斯·施瓦布描绘的以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。它将以可植入技术、数字化身份、物联网、3D打印、无人驾驶、人工智能、机器人、区块链、大数据、智慧城市等技术变革，通过数字技术、物理技术、生物技术有机融合在一起迸发出强大的力量，影响着我们的经济和社会发展。

纵观人类历史上的工业革命，每一次工业革命均有重大的能源革命与之伴生，并成为推动工业革命的原动力。

在18世纪中叶，人类开始大规模使用煤炭替代薪柴，实现了第一次能源革命，可称之为能源1.0，它促使主要以煤炭为动力源的蒸汽机得以推广和普及，并促成了第一次工业革命，可称之为工业1.0。到19世纪中后期，人类开始大规模使用石油，人类社会实现了第二次能源革命，即能源2.0，促使以石油为动力源的内燃机得以推广和普及，并促成了第二次工业革命，即工业2.0。进入21世纪以来，人类通过互联网技术与可再生能源融合，将分散式的新能源和可再生能源进行集中使用，人类社会进入能源3.0时代，由此掀起了第三次工业革命浪潮，即工业3.0。简言之，能源1.0，使煤炭和蒸汽机结合，促成了工业1.0；能源2.0，使石油和内燃机结合，促成了工业2.0；能源3.0，使互联网技术和可再生能源结合，促成了工业3.0。

如今，德国提出第四次工业革命，即工业4.0，是利用互联网信息技术与先进的精密机械工业相结合的手段，实现制造业向智能化转型。作为以智能制造为特征的工业4.0，必然需要绿色、环保、安全、低成本、可持续的能源和基础材料作支撑。在几十年的研究积淀和完成了国家“973”计划“大规模非并网风电系统的基础研究”（2007CB210300）并取得产业化成果的基础上，我在宏观经济和能源科技发展的结合上，对全球能源发展改革和经济结构调整开始了思考。党的十八大、十九大以来，习近平总书记多次提及“能源革命”，将其与科技革命、产业革命并列为新一轮全球性的“革命”。

在这一思想的指导下，我提出了第四次能源革命和战略定位的理论，简称“能源4.0”，并在此基础上，从理论和实证上与德国提出的“工业4.0”相融合，在我国领先的第五代移动通信技术基础上，构建能源4.0产业能源互联网。

中国是世界上最大的火力发电国，煤电的比重约占电网的75%；同时中国也是世界上最大的能源消耗国和最大的二氧化碳排放国；另一方面，中国拥有世界上最丰富的风力资源，也是世界上最大的风力涡轮机生产国，其太阳能光电产业生产总值更是占世界的30%以上。2016年，我国太阳能电池产量超过49GW，同比增长19.5%以上，占世界太阳能电池产量的71.01%，生产技术不断进步，生产成本持续下降，是世界上最大的太阳能电板生产国。可以说，中国在可再生能源方面的地位正如沙特在石油产业中的地位一样，中国每平方米的可再生能源潜力要远高于世界上大多数国家。

可再生能源禀赋优势，为中国成为全球新工业革命的领跑者提供了机遇，然而中国也面临着发展的瓶颈。中国工业正处于起飞阶段，刚刚适应工业化发展的中国能否转变观念，把握住新型经济发展模式成为关键所在。中国从1995年就提出转变经济发展方式，但是直到现在依然没有一条行之有效、适合中国的实施路径。中国制造业缺乏科技创新的灵魂，所依赖的人工成本和基础资源成本的优势已经式微。更重要的是，新能源与通信技术并没有有效结合起来。中国具有新能源的优势，发展速度也全球领先；中国通信技术也发展很快，最显著的就是物联网技术，但没有找到一条将两者结合的有效途径。对于能源革命，要抢占先机，我们只能依靠创新发展、科学发展、跨越式发展，以大无畏精神的勇气，顽强奋斗、艰苦奋斗、不懈奋斗，勇往直前，永不退缩，朝着我们的目标奋勇向前。习近平总书记指出：“实现中国梦必须走中国道路。”

“能源4.0+工业4.0”是通过物联网和大数据云计算，将非并网多能源与高耗能产业实现智能化深度融合，形成智慧能源，实现了三个“颠覆”、两个“重塑”：在应用上颠覆传统电网的供求关系，实现用电侧无条件服从供电侧；颠覆传统产业功能，通过科技进步和创新，实现高耗能产业功能升级，达到动态变负荷生产；颠覆传统商业模式，为电网实现“零”成本深度调峰的同时，数十种经济支柱产业达到结构优化、节能减排、绿色发展和效益上升；重塑电网结构，从几百年来供电的并网、离网成为三足鼎立的并网、离网和非并网新结构；重塑我国乃至世界经济结构。能源4.0超越了以太阳能为核心的第三次能源革命的范畴，通过物联网与电网，将太阳能、风能、化石能源、核能等供电侧能源与电解铝、氯碱、大规模海水淡化、制氢、煤炭清洁化、煤化工、石油化工、冶金等高耗能产业用电侧进行融合，也是几亿家庭能源系统的融合，构建一个有机的高效、低成本、可持续、可调控、全社会化的网络系统。能源4.0核心是能源产业互联网，是互联网技术与智慧能源、智能电网、智能产业的结合，为工业4.0提供绿色、环保、安全、高效、低成本、可持续的智慧能源和智能加工材料产业保障。

中国首倡的“能源4.0”与德国提出的“工业4.0”融合协同，也是东西方发展文化的一次大融合，并以此指导实现我国产业能源互联网系统工程，实现大数据、云计算支撑下的网络空间与实体经济无缝融合，构建我国零边际成本高效发展的新型社会。这也是以中国为主导之一形成2008年金融危机以来新型全球治理的最大契机和动力。

对中国而言，当前经济与社会发展面临的国际、国内环境已与前四十年改革开放发生了根本性的变化，人口红利、环境红利和资源红利已基本殆尽，这就要求我国在把握全球经济与社会发展的全局中，找准新一轮经济新常态发展的战略定位，并引领经济与社会的发展，顺利实现新常态。作为科研工作者，有责任为解决国家重大战略需求，为实现中华民族伟大复兴的中国梦做出贡献。能源4.0是与工业4.0相适应、面向全球的能源发展战略，也是中国领先世界的原创性科学技术成果，更是我国科技工作者的原创性理论贡献。实施能源4.0战略，我们具有领先优势，因此要在全球视野下抢占世界能源发展和能源革命的先机，通过能源4.0战略发展智慧能源，建立全球化的能源产业互联网体系，从而推动我国引领全球重塑经济结构，形成新型工业体系，走出中国特色第四次工业革命的发展路径。