长期以来，化石能源支撑了工业文明发展，同时也带来了环境污染、气候变化等影响人类生存发展的现实难题，建立在化石能源基础上的能源生产和消费方式亟待转变。同时，世界风能、太阳能等清洁能源发电总体处于加快发展阶段，在技术创新、设备研制、工程应用及系统安全性、经济性上仍面临较大挑战。
能源供应面临挑战
在全球经济发展的带动下，世界能源消费总量从1965年的53.8亿吨标准煤增加到2013年的181.9亿吨标准煤，增长2.4倍。未来，世界能源消费量仍将保持增长态势。
化石能源储量有限，具有不可再生性，大规模开发利用必将导致资源加速枯竭。目前，容易开采的石油正迅速减少并逐渐集中到极少数国家，容易挖掘的煤炭也只剩下几十年的开采期。
从布局看，世界能源资源与能源消费呈逆向分布，能源开发越来越向少数国家和地区集中。部分资源匮乏国家能源对外依存度不断提高，能源供应链脆弱，安全问题突出。
能源供应成本是影响能源发展的重要经济因素，目前化石能源与清洁能源供应成本总体呈现出“一升一降”的趋势。化石能源开采成本逐渐增长。清洁能源开发成本逐步下降，但仍处于高位。未来需要进一步提高清洁能源的经济性，使其具备市场竞争能力，才能真正实现清洁能源对化石能源的大规模替代。
能源环境面临挑战
化石能源燃烧是全球温室气体排放的主要来源。能源活动在当前及今后较长时期依然是影响温室气体排放的决定性因素。温室气体排放带来的温室效应，对人类生存发展构成以下四大威胁，包括陆地面积缩减、大量物种灭绝、威胁食物供应、危害人类健康。
化石能源燃烧排放大量的烟尘等污染物，导致灰霾频发，严重危害人类的身体健康。自工业革命以来，以氮氧化物、碳氢化合物及二次污染物形成的细粒子污染为特征的复合型污染在大多数发达国家和部分发展中国家已经出现，导致大气能见度日趋下降，灰霾天数增加，人类健康受到威胁。大量化石能源在开采、运输、使用的各环节对水质、土壤、大气等自然生态环境造成严重的污染和破坏。
能源配置面临挑战
全球化石能源配置具有总量大、环节多、输送距离远等特征。现有海运、铁路、公路等传统化石能源运输方式通常链条长、效率低，需要几种运输方式相互衔接才能完成整个能源运输过程，在能源输送过程中易受外界因素影响。
世界能源向清洁化发展，电能远距离、大范围配置的重要性将越来越凸显，但现有电力配置能力明显不足。为应对全球能源总量供应及能源环境的挑战，大力发展清洁能源势在必行，世界能源结构正在经历从化石能源为主向清洁能源为主转变。随之而来的，世界能源配置需求也将从目前的化石能源为主逐步转变为清洁能源为主。适应清洁能源大规模开发的需要，应加快构建全球电力高效配置平台。随着清洁能源的大规模开发，必将形成以电力为主导的能源配置格局，亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高电压等级、更大输电容量、更远距离的全球能源配置网络平台，以满足清洁能源的大规模、远距离配置的需要。
能源效率面临挑战
当前，无论是化石能源，还是清洁能源，其开发、配置、利用效率仍不够高，有很大的提升空间。
开发环节存在资源开发利用率低、能源转换效率低的问题。化石能源配置环节多，配置效率不高。化石能源除了部分直接作为终端能源使用外，还有相当部分煤炭、天然气，甚至燃油用于发电。这部分化石能源要经过多个环节输送至电厂，中间环节多，由此造成的能源损耗大。使用环节，能源利用效率低，电能占终端能源消费比重低。提高电能在终端能源消费中的比重，可以增加经济产出，提高全社会整体能效。
