人类活动产生的污染增加了大自然的生态负载。作为人类最主要的活动，能源开发与消费链中的各个环节的排放都严重影响到生态平衡的裕度。为此，需要在一次能源中用可再生能源大规模地替代化石类能源，在终端能源中用电能大规模地替代化石类能源，并充分发挥电能在二次能源中的主导作用。
由于水能、风能、太阳能等可再生能源难以直接以原来的能源形式输送，必须转换成电能后才能适用于大多数终端负荷使用，也才能在区域内共享能源。因此，没有强大可靠的远方输电网以及智能灵活的主动配电网，就无法在终端能源中实现电能对化石能源的大规模代替，也就不可能在各种一次能源、二次能源及终端能源的各自内部及相互之间实现协调优化。
此外，风电和光伏发电具有很强的间歇性和随机性，不但无法直接控制，并且其预测误差大大超过负荷的预测误差，特别是风电的突变时刻与程度都难以准确预报。设想当可再生能源发电大规模入网，例如占到发电用能50%甚至更多时，突然风与阳光在几分钟内从很大降到很小，电能的充裕性将成为巨大的挑战。电力系统的瞬时备用及旋转备用的调度问题将随着可再生能源比例的增加而越发突出，如何保证二次能源和终端能源的安全是极为严峻的挑战。
为此，需要在众多相关领域中取得重大突破。这包括但不止于：各种可再生能源发电技术、远方输电网及主动配电网技术、风电和光伏发电在不同时间尺度上的预测技术、储能技术、电能替代技术、备用容量与备用电量的配置及调度技术，以及与能源系统融合的信息技术。
