保证能源供应是人类社会赖以生存和发展的最重要条件之一。基于化石能源已开始耗竭，大量使用化石能源引起的环境污染与气候变暖日益明显与严重，全世界从国家领导人到普通老百姓已普遍认识到减小化石能源份额，增大核能与可再生能源份额，积极逐步地建立能源可持续发展体系的重要性与必要性。近年来，中国科学院学部组织有关院士及专家进行了我国核裂变能发展战略、钍的核能利用、中远期石油补充与替代能源发展战略、大规模可再生能源基地与技术的发展，以及二十一世纪上半叶我国能源可持续发展体系的研究，积极提出了有关咨询建议，其中一个重大建议是设立大规模非水能的可再生能源国家重大专项。为了有效地推动这一国家重大专项的设立与实施，还需认真组织进行深入的前期准备工作，本文就有关情况及近期工作提出一些意见与建议，期望经过努力，国家能将此重大专项正式列入国家“十二五”计划，大力组织实施。
着眼于一次能源，二十世纪全球是化石能源的世纪，化石能源，包括煤、石油与天然气的份额在80%以上。自1970年起，石油约占40%，煤与天然气各占20%多。全球能源总耗量由1980年约100亿吨标煤增至2005年约160亿吨标煤，增长约60%。预期2050年将增至约350亿吨标煤，相对于2005年增长约120%。按照2002年全世界探明的资源储量及当年产量计算所得储采比，石油为40年、天然气60年、煤约200年。由于人类能源消耗仍在继续增长，化石能源已开始耗竭，加之化石能源大量使用引起的环境污染与气候变暖，又迫使人们不得不采取有效措施来限制其增长，全世界已经认识到，二十一世纪必须大力调整能源结构，建立能源可持续发展体系。预期2050年化石能源总份额将降至70%以下，有约20%的空额将依赖于可再生能源、核能及其他新型能源的发展来填补。各国已在采取积极措施，力争本世纪上半叶取得明显进展。
我国一次能源总耗量1980年约6亿吨标煤，占世界总能耗的6%，2005年增至22.3亿吨标煤，约占世界的14%，其结构自1980年以来化石能源占93%~96%，其中煤大于70%，石油约20%，天然气约3%。展望2050年，我国能源发展的主要特点是：需求快速增长，电力更加迅速发展与保障石油供应成为能源安全的突出矛盾，这与世界趋势相一致。调整能源结构，建立能源可持续发展体系的任务已提上了日程。
我们前一阶段的研究分析表明，虽然一次能源需求与经济及社会发展、聚享游经济结构调整、可能的技术突破、强化节能的效果等一系列因素有关，并且有着多种相差较大的估计，至今尚无明确预测，但是为了便于讨论，可以从多种展望中获取看来比较合乎实际的合理估计作为参考，即：2050年全国一次能量总耗量约60亿吨标煤，电力总装机容量约24亿千瓦。这样与2005年的实际数据相比，总耗能增至2.7倍，略高于世界平均值（2.2倍），我国在世界能源总耗量中的份额由14.7%增至17.3%，人均耗能由1.7吨标煤/人年增至4吨标煤/人年，是当前美国水平的35%，日本和欧洲的70%，万元GDP的能耗下降约60%，人均电力装机容量将由0.4千瓦增至1.6千瓦，这与我国尚处于经济快速发展时期，GDP总量至2050年可能增长6.4倍大体相适应。当然，一次能源与电力需求的预测尚应根据多方面因素与实际进展进一步研究加以明确。
从2050年总耗能60亿吨标煤与总装机24亿千瓦的设想出发，研究我国二十一世纪上半叶能源结构调整与可持续发展体系的建立问题，可以看出突出的矛盾是要将煤在全国总耗能中的份额由2005年的70%降至2050年的约40%，煤电装机容量的份额也由2005年的73%降至约40%。煤炭一直是我国的主要一次能源，1980年以来其份额处于总能源的65%~75%之间，我国煤的年产量由1980年的6亿吨（占世界总产量的16%）增长到2005年的22亿吨（占世界总产量的40%），若保持其份额不变，则2050年应达约60亿吨。由于我国资源相对比较丰富，价格比较便宜，为满足需求，国内继续增大煤炭产量的积极性很高，但其发展必须处于资源、实际能力、环境及气候变化的允许范围之内。经过多方面研究探讨，形成了一定共识，我国的煤年产量将继续增长至约35亿吨（约合24亿吨标煤/年），然后大体保持稳定，从而煤炭份额在2050年将降至约40%。即使用于发电的煤的份额将由近年的40%提高到70%~80%，考虑到燃煤发电效率的提高，燃煤发电总装机也不会超过10亿千瓦，即约电力总装机的40%。
由于与2005年相比，2050年我国煤炭在一次能源与发电装机总容量中的份额将降低约30%，所产生的缺口将由发展其他能源来填补。除煤炭外，达到一定规模的一次能源还有石油、天然气、水电与核电，它们在2005年的份额分别为约21%，3%，7%，根据分析，2050年石油份额将保持在20%左右，天然气将提高至10%左右，这样，化石能源的总份额将为约70%。我国石油不可能大规模用于发电，天然气发电份额估计2050年不会超过5%，从而化石能源发电的总份额将为约45%。所产生的约30%的一次能源和55%的发电装机容量的缺额要靠最大限度地发展水能电与核电及大规模发展非水能的可再生能源来填补。
综上所述，可以构想，本世纪上半叶我国能源可持续发展体系应由5方面组成：即：（1）在资源、环境与气候变化的允许范围内，继续发挥煤的重要作用。（2）大力开源节流，保障石油与天然气供应。（3）最大可能地发展水电与核电。（4）大规模发展非水能的可再生能源，主要是太阳能、风能与生物质能。（5）大力支持未来新型能源的研究发展，包括核聚变能、天然气水合物与海洋能等。在正确的科学发展战略指导下，上述5个方面综合、统筹、协调地前进，将使我国2050年能源供应有更可靠的保证，并为建立未来能源可持续发展体系打好基础。
由上述构想可以明显看出，虽然2050年我国能源需求尚难明确，有着多种预测，但和全世界发展趋势相一致，本世纪上半叶我国也必须沿着减小化石能源份额的方向，积极进行能源结构调整，推进能源可持续发展体系的建设。假设2050年全国总能耗将达60亿吨标煤（176 EJ）及电力装机总容量达24亿千瓦，估计我国化石能源的总份额将由2005年的93％降至约70％，而化石能源发电的份额将由2005年76％降至约45％。
作为一次商品能源，除化石能源外，达到一定规模且占有明显份额的还有水能与核裂变能，主要用于发电，最大可能地发展水电与核电是建设能源可持续发展体系的重要途径。我国十分重视水电建设，2005年总装机容量达1.17亿千瓦，发电0.4万亿度，占全国总装机容量的22.9％，发电量的16.2％，一次能源份额约为6％。我国水力资源勘查比较精确，预期可开发装机总容量约为4亿千瓦，最大年发电量为1.75万亿度。据现有规划，预期可在2050年前开发完毕，达总装机容量3.6亿千瓦，占总装机容量的份额将降至15％，而在一次能源中的份额仍在6％左右。我国核裂变发电起步较晚，至今总装机容量约800万千瓦，占全国总装机容量1.4％，一次能源份额还很小。国家已明确积极发展核电方针，在充分利用铀、钍资源，大力发展先进核电技术，解决好高放射废物处理和形成完整的科技与产业体系条件下，最乐观的估计有可能2050年达到总装机容量2.6亿千瓦，占全国总装机容量的11％，而一次能源的份额达到约9％。这样，在最大可能发展水电与核电方针指导下，从资源、技术、产业的现实出发，2050年它们在一次能源中的份额可期望达到15％，在电力总装机中的份额达到25％，远远不能填补煤炭份额减小所产生的空缺。
要有效地减小化石能源份额，调整结构，建立能源可持续发展体系，大体达到前述的比例份额，本世纪上半叶的可行途径是大力发展非水能的可再生能源，主要包括太阳能、风能与生物质能，它们的份额应达到约15％的一次能源总耗量与约30％的电力装机总容量。因此，非水能的可再生能源必须是大规模的，大规模系指年供应量要达数亿吨标煤和总装机容量应达亿千瓦水平。
在化石能源被大量利用以前，生物质能、太阳能、风能与水能曾是人类赖以生存与发展的主要能源，化石能源成为主要商品能源后，除水力发电已大规模产业化并占有明显份额外，非水能可再生能源虽有多方面应用，但份额很小，在能源供应中作用不大。自上世纪七十年代以来，由于出现化石能源逐渐耗竭的迹象，为保证能源供应的可持续发展，世界各国给予用之不竭的非水能可再生能源发展的关注日益增大。随着化石能源大量使用引起的环境污染与气候变暖等现象日益明显，可再生能源不排放污染物与温室气体的洁净性也成为推动其发展的重要因素。近年来非水能可再生能源得到良好的发展，其增长速度已超出了人们的预期，为今后大规模发展奠定了良好基础。例如，风力发电已继水力发电后进入了电力系统，2006年全世界总装机量已达7400万千瓦，当年新装1500万千瓦，我国总装机容量达260万千瓦，当年新装134万千瓦，单位功率的投资已达约1000美元/千瓦，接近大规模发展可接受的水平。中小规模的光伏发电已形成了产业，正在积极开拓多方面的应用，2005年全世界总装机容量达370万千瓦，当年增长约110万千瓦，我国2006年总装机容量达8万千瓦，当年增长1万千瓦，而光电池生产达38万千瓦，占全球产量的15％，大部分出口。太阳能热利用得到了较广泛的推广，我国已成为太阳能热水器生产和应用大国，2006年保有量达9000万平方米，当年增长1500万平方米，有3000多家生产厂家，其中产值过亿元的10余家。太阳能热发电，上世纪八十年代末，全世界已有40万千瓦的示范电站在运行，近年来又开始了一些新电站的建设。生物质能作为非商品能源至今还在农村地区广泛应用。在我国，作为商品能源也已形成了多种产业，如2006年全国年产沼气100亿立方米生物能发电装机总容量达270万千瓦，粮食燃料乙醇年产达102万吨，生物柴油30万吨，秸秆压制成型燃料10万吨等。2006年1月国务院颁布实施《可再生能源法》，2007年12月发布的《中国的能源状况与政策》白皮书提出了2010年可再生能源消费量达到能源消费总量的10％、2020年达到15％的发展目标，将有力地推动有关工作进展。
虽然非水能可再生能源已取得了可喜的进展，有进一步发展的基础并得到了一定重视，但当今的发展水平离年提供亿吨标煤能源和亿千瓦发电装机总容量的大规模能源的距离是很大的，其难度远比多挖一些煤及最大可能地发展水电与核电大得多。在各种讨论中，人们常常对非水能可再生能源能否像所设想的快速发展提出多方面的疑虑。
鉴于快速发展非水能可再生能源对于保证能源供应、调整能源结构及建立能源可持续发展体系的重大意义，我们必须对存在的困难与问题有清晰的分析与认识，采取长期、持续、稳定的有力措施，设立国家重大专项来推动其发展。
目前，在我国已经成为大规模商品能源的是化石能源与水能，它们的共同特点是：（1）有明确的市场需求；（2）有可靠的资源保证；（3）有成熟的技术和良好的从事研究开发与技术改进的科技队伍；（4）有能提供所需成套装备的规模化产业；（5）经济性好，有良好的竞争力。面对化石能源资源逐渐枯竭和水能资源有限的局面，我国必须调整能源结构，建立能源可持续发展体系的重大任务，非水能可再生能源的主要优势在于它们是广泛存在、取之不尽、用之不竭的可持续的能源资源，它们又是不排放污染物和温室气体的清洁能源，其用量不会受到环境污染与气候变化的限制，可以满足未来人类能源耗量迅速增长的需求。但要将非水能可再生能源在二十一世纪上半叶发展成大规模能源，还必须在组织队伍、发展技术、形成规模产业、开拓市场、大幅度改善经济性能等方面进行有步骤、分阶段、长期持续的努力。
风能主要是用于发电，风力发电是继水力发电后技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的可再生能源发电方式。我国风能资源陆地10米高度经济可开发量为3.0亿千瓦，近海资源估计比陆地大近3倍，约为7.5亿千瓦，合计10亿千瓦左右。近年来，我国并网风电已进入规模化发展阶段，2020年累计装机估计可达4000~5000万千瓦，2050年完全可能达到数亿千瓦规模。为保证风力发电顺利实现成为水能后的第二个大规模可再生能源，特别应注意抓紧的主要工作有：（1）大力组织陆地与近海资源详查，为大规模风电场的选址与建设提供可靠的科学依据；（2）大力加强兆瓦以上大容量风电机组的研制，加速实现设备制造国产化；（3）鉴于我国近海风能资源多在强台风多发地区，要认真开展近海风电场的前期研究，建设运行示范性电场，为决策是否大发展提供可靠依据；（4）由于风力发电的间隙性与快速变化性，进入电网要确保供电安全，大大提高电网的快速、自动调节能力，要在电力部门统一协调规划基础上有序进行。经过多次讨论，对这些问题已取得一定共识。
太阳能是最主要的可再生能源资源，在我国960万平方公里土地上，每年接受的太阳能总量达1.7万亿吨标煤（50000 EJ），等于2050年预期能源年总耗量的280倍。太阳能的主要缺点在于：（1）功率与能量密度低，地面上最大功率小于1千瓦/米2，聚享游能量小于0.28吨标煤（8.4 GJ）/米2年，大规模发展要占很大面积。（2）能量供应不连续、不稳定。作为能源利用，要解决聚集、跟踪、储能、转化及与其他能源有效配合等一系列科学技术问题和研发相应的装备形成规模化产业，虽然太阳能资源不要付费，但是能量成本高仍是推广应用的主要障碍。作为能源，太阳能主要用于发电、制氢和热利用。太阳能热利用包括热水器、炊具、空调、太阳能建筑等多个方面，其经济性已开始可被市场接受，形成了一定产业，正在蓬勃发展。太阳能制氢正处于多途径探索研究阶段，应给予大力支持，逐步明确途径与发展规模。
需要国家重点支持的是太阳能发电。太阳能发电有光伏发电与太阳能热发电两种方式。光伏发电具有维护简单，功率可大可小等突出优点，作为小型离网电源和中、小型并网电源得到较广泛应用，近年来我国硅光伏电池产业得到迅速发展，2006年产量达38万千伏安，出口占97％，预期2020年累计装机可达160万千伏安。影响其规模化应用的主要障碍是成本过高、硅材料短缺和电池生产设备依赖进口。目前光伏电源售价达到5~6万元/千瓦，电能成本在4~6元/度，与商业化应用要求距离相当大。生产1兆瓦光伏电池约需12吨多晶硅，原料与电池生产设备大量依赖进口。大力加强光伏电池降低成本与提高效率的努力，解决大批量硅材料的国内生产供应，继续积极开拓市场与扩大产业规模仍是近期工作的主要方向。在荒漠地区建设进入电力系统的集中式超大规模（总装机百万至千万千瓦）光伏电站，对未来大规模能源发展的意义更加重大，分阶段（由当前的兆瓦开始，经万千瓦，十万千瓦到百万千瓦）的研发与示范工作应在国家支持下及早部署。对新型、高效光伏电池的研发也应给予充分重视。
太阳能热发电是将太阳辐射能聚集起来加热工质，经热交换器产生过热蒸汽，再由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电，其电站部分已有热电站良好的技术与产业基础。作为大容量的集中型电站，与光伏发电相比，其优点在于可使用大量已产业化的装备、工艺与材料，易于向大规模发展，可兼用其他能源燃烧供热，保证连续发电，克服太阳能不连续的缺点。国际上已有多个装置在示范运行，近年来又出现了发展热潮。我国这方面工作不多，基础薄弱，“十一五”部署了兆瓦级试验电站项目，有关工作还应大力加强。因此，光伏发电与太阳能热发电应各发挥其所长，协调发展。目前，国际上还进行着一些新型太阳能发电方式的探索与研究开发，如太空发电、太阳热气流发电、温差发电等，对确有意义的创新研究，也应给予积极鼓励与支持。
生物质能作为能源，传统利用的是农、林、牧业的副产品及加工残余物，包括秸秆、薪柴、森林废弃物、粪便与垃圾等，近年来用于发电、燃烧供热、制成沼气与固体颗粒燃料，实现循环经济，得到了普遍重视，取得了可喜进展。目前，已制定了至2020年发电装机3000万千瓦，供应沼气180亿立方米/年，生产固体颗粒燃料5000万吨的目标，成为近期发展的主要任务。近年来，用粮食和油料作物制造乙醇、生物柴油等液体燃料也得到了发展，形成了产业，今后将继续滚动前进。
生物质能作为能源的大规模发展关键是能稳定地提供大规模的能源资源，仅仅依靠传统的废弃物显然是不足的，必须在不宜农不宜林的荒漠与边际土地上，培育繁殖高效能源植物，将能源植物作为重大产业来推动发展，有关工作必须尽早启动部署。为此，要认真部署，长期坚持有关能源植物的前期研究，加强从光合作用机理和效率研究入手的基础性研究，抓紧能源植物物种的遴选，关注节水能源植物的研发。与此同时，提高生物质转化利用的科技水平也是大规模发展的关键。生物质能是唯一能转化成液体燃料的可再生能源，如何将纤维素发酵、降解，高效地转化成乙醇，是生物质液化技术的制高点，需要着力研发，同时要积极探索新的工艺路线，减少转化过程中的能耗。开展生物质制氢、气化与发电技术研究，使技术先行，有丰富的技术储备，也是大规模发展的重要基础。
以上所述是在前一阶段咨询研究中，对大规模发展风能、太阳能与生物质能所形成的一些初步认识与意见，可供进一步深化研究参考。
我国能源的发展已进入沿着减小化石能源份额，增大核能与可再生能源份额的方向，调整能源结构，建立能源可持续发展体系的新时代，发展大规模非水能可再生能源，主要是风能、太阳能与生物质能，有着特别重大的意义，同时也面临着严重的困难。建议设立大规模非水能可再生能源国家重大专项，在国家大力支持下，采取长期、持续、稳定的有力措施，有步骤、分阶段地推动其前进。
近期内，宜在已有工作和国内外多方面推动发展大规模可再生能源积极性的基础上，动员组织有关专家进行深入的研究论证，提出有关的科学、综合、前瞻的意见与建议，为重大专项的制定做好充分的前期准备工作，期望能正式列入国家“十二五”计划，大力组织实施。
中国科学院学部作为国家在科学技术方面的最高咨询机构，近年来已组织有关院士与专家开展了一些工作，应该继续努力发挥应有作用。